GHID PENTRU ELABORAREA LUCRĂRII DE DISERTAŢIE [306943]

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREȘTI

FACULTATEA deCĂI FERATE DRUMURI ȘI PODURI

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Conducătorul lucrării de disertație

Prof. Dr. Ing. Teodor IFTIMIE

Absolvent: [anonimizat]. Liviu ALEXA

2018

Pagina albă

Pagina albă

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREȘTI

FACULTATEA de CĂI FERATE DRUMURI ȘI PODURI

Masterat Poduri și Tuneluri

Optimizarea tehnicii „[anonimizat]” în realizarea M5 metrou București

Conducătorul lucrării de disertație

Prof. Dr. Ing. Teodor IFTIMIE Absolvent: [anonimizat]. Liviu ALEXA

București

2018

I

Universitatea Tehnică de Construcții București

FACULTATEA de CĂI FERATE DRUMURI ȘI PODURI

Departament/Colectiv: Denumire Data

12.09.2018

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Titlul lucrării: Optimizarea tehnicii „[anonimizat]” în realizarea M5 metrou București

Data eliberării temei: 28.02.2016

Termen de predare: 12.09.2018

[anonimizat]: [anonimizat]. Teodor IFTIMIE ing. Liviu ALEXA

II

Declarație de onestitate

Prin prezenta declar că Lucrarea de disertație cu titlul “ Optimizarea tehnicii „[anonimizat]”îin realizarea M5 metrou București” este scrisă de mine și nu a mai fost prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate.

București, 26.06.2018

Absolvent: [anonimizat]. Liviu ALEXA

________________________ (semnătura în original)

III

Cuprins

Optimizarea tehnicii „[anonimizat]” în realizarea M5 metrou București 4

Cuprins 7

Lista cu Figuri 8

Lista cu Tabele 9

Lista simbolurilor și abrevierilor utilizate: 10

Prefață 11

I. Introducere: 12

CAPITOLUL 1: Stadiul actual al BI BO 13

II. Scurt istoric al metodei scutului: 13

III. Exemple de Breack In in lume: 14

IV. Exemple de breack in in Romania: 16

Introducere 20

Norme de referinta 21

MATERIALE 21

CAPITOLUL 2: Metodologia de lucru 22

V. [anonimizat] (Ecuatii) 22

VI. Metodologia tehnologia executarii strapungerii : [3] 31

CAPITOLUL 3: Analize efectuate 48

VII. Plaxis – modelare numerica 48

VIII. MEF [7] 50

Metode de calcul 53

Ipoteze si date de intrare 55

Rezultate 55

Consolidari cu piloti plastici 55

Consolidari piloti armati cu VTR 60

Rezistenta la compresiune si intindere a betonului 61

Conditii in SLE 62

Elasticitatea betonului si limitarea solicitarilor 62

Rezistenta la forfecare a peretilor 64

Cerinte in exploatare 64

CAPITOLUL 4: Contribuții și concluzii 68

Piste de urmat in cercetare aprofundata : 68

Pentru a evita : Leca 2007 [5] 68

Bibliografie: 69

ANEXE: 71

Anexa 1: Coperta lucrării de disertație 71

Anexa 2: calcul epruismente [2] : 71

Latura spre Drumul Taberei 34 71

Specificatii tehnice puturi de epuisment si piezometre de control 75

Anexa 2: Profilul geologic longitudinal al terenului 76

Anexa 3: Tema lucrării 76

Anexa 4: Declarație de onestitate 76

Structura logica a disertatiei 76

IV

Lista cu Figuri

No table of figures entries found.

V

Lista cu Tabele

Tabel 1: Caracteristicile materialelor utilizate in constructi modelului: 49

VI

Lista simbolurilor și abrevierilor utilizate:

No index entries found.

VII

Prefață

(Prefață. [anonimizat], precum și un scurt rezumat al lucrării)

(Prezentarea metodologiei de lucru (modalități, formule, relații și modele de calcul și analiză; experiențe existente în domeniu; etc.)

În cadrul studiului temei pentru lucrarea de disertație s-a avut în vedere studierea impactului intrarii si iesirii scutului mecanizat din statia de metrou, realizata intr-o litologie slaba.

În primul rând s-a realizat o analiză a stadiului actual al problemelor ce au aparut în literatura de specialitate a intrării respectiv ieșirii scutului dintr-o stație de metrou.

În cazul proiectului se detaliază operațiile ce trebuiesc făcute înainte de intrarea sau ieșirea TBM-ului în stații, operații denumite “Break in” sau “Break out”.

Obiectivul lucrarii este de a intelege complexitatea si influenta terenului asupra operatiunilor necesare avansarii scutului in cadrul M5 din Bucuresti, Romania.

Strategia de lucru adoptata este orientata pe o buna intelegere a experientelor anterioare obtinuta in marile proiecte nationale si internaionale, apoi modelizarea numericaaaccidentului din 30.11.2016 cu ajutorul programului Plaxis 3D.

Lucrarea este structurata in trei capitole, urmate de unul dedicat concluziilor si pistelor viitoare de cercetare.

Introducere:

Marile orase ale lumii prezinta retele complexe de utilitati, cladiri si transporturi. Milioane de oameni traiesc in astfel de orase, adesea in spatii mici si congestionate. De asemenea avand in vedere tendintele actuale de migratie a oamenilor de la sate in orase, acestea din urma tind sa se extinda pe orizontala devenind gradual orase mari apoi metropole.

Asemenea trenduri vor necesita o alocare propice si o redistributie a spatiului urban pentru a proteja vechiul spatiu dar si pentru a intampina noul.

Orasele de astazi sunt retele inchise ce cuprind sisteme de transport utilitati si structuri rezidentiale respectiv industriale.

Milioane de oameni locuiesc si lucreaza in marile orase ce devin, adesea spatii congestionate. Populatia urbana se asteapta sa creasca semnificativ in urmatorii 50 de ani, iar orasele de astazi vor creste ca marime; astfel ca cele mici vor devenii medii, iar cele medii – mari, iar cele mari – metropole.

CAPITOLUL 1: Stadiul actual al BI BO

Scurt istoric al metodei scutului:

O scurta istorie a tunelelor mecanizate:

Scopul acestei lucrari:

Prima masina de sapat:

Teredo Navalis (fig.1) neobisnuita molusca in forma de rama, ce probabil nu poate fi considerata precursorul excavatiilor mecanizate, insa poate fi inspiratie pentru aceasta tehnologie.

Pana in anii 1800, realizarea tunelelor in mediul urban era posibila prin aplicarea diferitelor metode:

Excavatie „cut and cover”

Excavatia tunelului folosind busteni de lemn in interiorul galeriei si apoi captusita cu zidarie de caramida.

Aceste metode de excavatie erau aplicate cu eficienta atat in pamanturi coezive cat si necoezive, de asemenea in prezenta infiltratiilor de apa prin porii pamantului sau fisuri, insa niciodata in terenuri sub nivelul panzei freatice.

Observand temuta Teredo Navalis excavand cu falcile tari si acoperind peretii cu materiile fecale, Sir Marc Brunel a gasit inspiratia pentru tehnilogia ce i-a permis ulterior sa construiasca un tunel sub rau Tamisa, la Londra – Marea Britanie.

In spatiul urban, constiinta prezervarii si a grijii pentru mediul antropologic, insotita de imbunatatirea calitatii vietii a ridicat nivelul dificultatilor si a provocarilor

In mediul urban, grija pentru mediul antropologic insotita de imbunatatirea calitatii vietii ridica nivelul constrnagerilor de a construi si necesita un nivel omtelectual si tehnologic pe masura pentru a raspunde acestora.

Experienta nepretuita castigata in urma accidentelor la nivel mondial, ne fac constienti ca TBM-ul nu este doar o unealta mecanizata ci si o posibilitate de a depasi aproape toate problemele si incertirudinile unei excavatii subterane.

In schimb, TBM-ul si tunelul ce urmeaza a fi excavat, constitue un sistem delicat si unitar ce ar trebui sa fie abordat cu o atitudine rationala si sustinuta stiintific, in contextul unificator al cercetarii celor trei aspecte cheie: tunelul, masinaria si mediul.

In mod particular toti factorii de risc sunt regasiti in asociere cu tunele din zonele urbane dens populate, supuse conditiilor geotehnice slabe ale solului, prezenta si interferenta cu nivelul apei, si mica povara de a respecta diametrul excavatiei. .

Scopul acestei lucrari este asupra unei probleme din mediul urban.

Structurata in asemenea masura, consider ca lucrearea atrage atentia asupra executiei tunelelor mecanizate in zona urbana ca si un sistem complex care necesita:

Investigatii preliminare riguroase privind adancimea excavatiei

Supraveghere continua in timpul excavatiei, ce nu ar trebui sa lase loc de inventii in timpul constructiei de catre personal specializat

Masini adecvate pentru a prevedea eventuale urgente

Orasele nu mai sunt sustenabile fara infrastructura, si de cele mai multe ori, cea mai buna alegere pentru aceasta infrastructura va fi un tunel. In speta, exista si va exista in viitor o mare cerere pentru constructia de tunele in zone urbane dificile si aglomerate.

Exemple de Breack In in lume:

BI-BO la internațional: (ppt LeBlay)

Studiu de caz 1: New Delhi

Studiu de caz 2: Barcelona

VIII

Exemple de breack in in Romania:

Pitesti

Pentru executarea procedurii de lansare a utilajului de forare tunele, zona de începere a tunelului se execută fără armarea piloților corespunzători și a peretelui interior. Pe baza experienței noastre, zonele de intrare și iesire in puturi ridică întotdeauna probleme. Pentru evitarea petrunderii apei in put si producerii unor prabusiri s-a prevăzut execuția a trei rânduri de piloți nearmați cu beton slab (R<10). Piloții din zona de intrare sunt necesari pentru stabilizarea terenului pentru procedura de lansare, pentru păstrarea utilajului într-o bună poziție de aliniere, pentru crearea unei zone mai bine hidroizolate în caz de scurgeri în zona etanșării de la intrare. Se poate aplica un agent de etanșare între piloți și conducta din beton pe perioada reparării sau înlocuirii etanșării.

Calculul elementelor componente ale puturilor (piloti, perete interior, radier) in diverse ipoteze de incarcare (impingerea pamentului, apei, preselor etc.) este prezentat in Breviarul de Calcul.

2. Microtunelul.

Microtunelul va fi realizat din tuburi prefabricate din beton armat puse in opera prin tehnologia tuburilor impinse.

Tuburile se realizează de către SC SW UMWELTTECHNIK SRL, Romania din beton armat și în conformitate cu prescriptiile din caietul de sarcini pentru tuburi. Datele principale cu privire la betonul armat sunt după cum urmează:

Diametru interior (mm): 2500

Diametru exterior (mm): 3000

Grosime perete (mm): 250mm – greutate 15.54 tone/buc

Lungime tub (mm): 3000

Beton (N/mm2): C40/50 x A2

Strat de acoperire min c = 35mm

Armătură din oțel: oțel structural BSI500/550 / Q = VTOB37

Dispozitiv de ridicare sistem n.2 Deha 15tone 165mm

Inel de comprimare: 24mm Tip V100

Îmbinare: 250*10 oțel S235JRG2

Lubrifiere cu bentonită 3 buc. de nipluri 1” disponibile pentru fiecare al 3-lea tub cu compensare 120°

Tuburile sunt produse în fabrica societății SW prin metoda turnării umede. Metoda turnării umede înseamnă utilizarea de cofraj cu vibrocompactoare; acest sistem permite producerea a 2 tuburi pe zi pentru fiecare cofraj. Au fost prevăzute cofraje verticale, la interior și la exterior și un inel de fundație pentru producerea unui tub cu următoarele caracteristici:

armătura este realizată din două carcase, una exterioară și una interioară, realizate din spirale și bare longitudinale;

îmbinarea este realizată dintr-o brățară din oțel bine ancorată în beton;

etanșarea din cauciuc se lipește din fabrică și garantează etanșeitatea îmbinării;

se prevede un inel de etanșare din lemn montat din fabrică la capătul tubului pentru a asigura transferul forței de împingere și pentru a compensa tolerantele constructive;

după turnare se introduc și se folosesc dispozitive speciale tip Deha pentru manevrarea tubului;

dispozitivele de injecție cu bentonită se introduc în grosimea tubului și urmează a fi utilizate în cursul procedurii de împingere pentru injectarea suspensiei de lubrifiere pe bază de bentonită.

Calculul tuburilor in diverse ipoteze de incarcare (impingerea pamantului, apei, preselor etc.) este prezentat in Breviarul de Calcul.

După o anumită distanță, rezistențele de frecare cu solul pot depăși forțele axiale pe care le pot suporta tuburile din beton armat. Pentru a conferi suficientă siguranță sistemelor cu lungimi ale traseului care depășesc 100m, sunt necesare stații de împingere intermediare. Efectul produs este împărțirea traseului în mai multe secțiuni separate, cu activare separată. Această metodă asigură o reducere a frecării totale de suprafață întrucât frecarea de suprafață trebuie depășită numai în partea activă a traseului.

Subtraversarea apararii de mal respectiv a grinzii de pe malul drept al lacului Pitesti se va face in zona sudica a zonei de agrement „Tudor Vladimirescu” la jumatatea distantei dintre forajele BH2 si BH3, la adancimea de 12.0 m fata de cota trenului natural si la 8.80 m sub nivelul hidrostatic.

Protectia pe adancime a apararii de mal drept s-a facut prin injectii cu gel-beton pana in straturile de argila intalnite, pe adancimi curinse intre 10 si 15 m.

Necunoscandu-se adancimea exacta a ecranului de etansare din aceasta zona, exista posibilitatea ca acesta sa fie interceptat de tunel, fapt care implica o atentie sporita la forare.

Avandu-se in vedere ca tunelarea se executa cu etansarea periodica a traseului forat cu bentonita, dupa strapungerea ecranului de etansare(in cazul in care il intalneste) zona va fi impermeabilizata, neafectand rolul functional al ecranului de etansare.

Estimarea tasarii

Pentru estimarea tasarii la executia microtunelului cu scutul prin metoda tuburilor impinse s-a utilizat o metoda de calcul analitic a prof. ing. Scherle. Această metodă de calcul se bazează pe presupunerea că tasarea este în principal cauzată de pierderea de sol și astfel și de tăiere dincolo de diametrul de forare (overcut). Amintim aici că tăierea dincolo de diametrul de forare reprezintă spațiul inelar creat în timpul procesului de forare prin împingere din cauza diferenței dintre diametrul mașinii și diametrul tubului împins. Tăierea dincolo de diametrul de forare este necesară pentru avansarea tubului și păstrarea controlului asupra frecării de suprafață. În acest caz, linia de tasare formată la nivelul solului (NS) va fi redată cu aproximație printr-o linie cu formă trapezoidală față de suprafața existentă, a cărei suprafață este identică cu pierderea de sol. Tasarea maximă la NS este prin urmare calculată după cum urmează

atunci Smax= 5,5 cm.

În cursul procesului de forare, spațiile care depășesc diametrul de forare sunt umplute în permanență cu suspensie groasă de bentonită. Acest strat de bentonită va spori gradul de stabilitate a forajului, reducând astfel frecarea de suprafață. Având în vedere aceste aspecte, putem afirma că tasarea medie preconizată se poate reduce cu 75% * 5,5 = 4 cm. Zona de suprafață care este afectată de tasare poate avea o formă aproximativ trapezoidală cu lățimea de h/2+Da+h/2, adică, în cazul de față, de aproximativ 12 m. Întrucât distanța dintre axa tunelului și cea mai apropiată clădire este de aproximativ 8 m, putem calcula distanța rămasă, care este de 2 m între zona preconizată de tasare și cea mai apropiată clădire existentă.

Realizarea galeriei de canalizare din Braila:

In anul 2005 s-a realizat un tronson de canalizare in cartierul Rosiori din Braila cu un scut cu aer comprimat. Conditiile de realizare a galeriei au fost foarte dificile. In amplasament scutul : nisip prafos imersat si strate loessoide sensibile la umezire

Realizarea magistralei 5 de metrou in Bucuresti:

Magistrala 5 va fi realizată în două etape: tronsonul Drumul Taberei – Universitate în prima etapă de execuție și Universitate – Pantelimon, în etapa a doua. Tronsonul 1 Drumul Taberei – Eroilor al Magistralei 5 Drumul Taberei-Pantelimon, în lungime totală de 6,8 km, va avea un depou și zece stații de metrou: Râul Doamnei, Valea Argeșului, Valea Ialomiței, Romancierilor, Parc Drumul Taberei, Tudor Vladimirescu, Favorit, Orizont, Academia Militară, Eroilor.

In data de 30.11.2015

In 1976 Statia Eroilor1 a fost proiectata de Dl ing Chiriac Victor…

Introducere

Magistrala (linia) 5 de metrou Drumul Taberei – Universitate – Pantelimon, va completa în mod necesar rețeaua de metrou în funcțiune la ora actuală formată din 3linii și un racord, în lungime totală de 63km cale dublă , 45 stații și 3 depouri.

TRONSONUL Drumul Taberei – Universitate este o prioritate pentru locuitorii cartierului Drumul Taberei, respectiv Pantelimon, edilii Capitalei și alți factori de decizie în domeniul transportului public, în raport cu alte trasee de metrou sau transport public de suprafață care urmează a fi construite în perspectivă, în Municipiul București.

Statia de metrou Eroilor 2 face parte din Lot 1.1, Statia Raul Doamnei – PSS Opera.

In continuare sunt descrise structurile interne ale statiei “Eroilor” apartenenta la Magistrala 5 din Bucuresti. Aceasta statie comunica la Vest, cu statia “Academia Militara. Statia este orientata cu latura lunga paralela cu axul traseului metroului

fig.1 Plan de situatie

Norme de referinta

Normativele luate in considerare pentru realizarea proiectului de structuri interne sunt:

Eurocod 1: “Actiuni pe structuri” – Parte 1.1:” Actiuni generale – Greutati pe unitate de volum, greutati proprii si aditionale pentru cladiri”

Eurocod 1: “Actiuni pe structuri” – Parte 2.6:” Actiuni in executie”

Eurocod 2: “Proiectare structuri din b.e.” – Parte 1.1: “Reguli generale si pentru cladiri”

Eurocod 8: “Proiectare seismica a structurilor” – Parte 1: “Reguli generale si pentru cladiri”

Eurocod 8: “Proiectare seismica a structurilor” – Parte 5:” Fundatii, structuri de sprijin si aspecte geotehnice”

MATERIALE

BETON:

PLACA DE FUNDATIE, PERETI CASETA

– Clasa beton 40/50

– Clasa de expunere XC2 + XA2

– Grad de permeabilitate P-8-10

– Tip de ciment CEM-I-42, 5R

– Tip agregate de rau

– Dimensiunea de agregate 16 mm

– Dosaj minim ciment 320 kg/m3(SR EN 206-1)

– Lucrabilitate S4

– Valoare maxima A/C: 0.5

– Strat de acoperire armatura 50 mm

PLACA VESTIBUL, PLACA ACOPERIRE, STALPI

– Clasa beton 40/50

– Clasa de expunere XC2

– Grad de permeabilitate P-8-10

– Tip de ciment CEM-I-42, 5R

– Tip agregate de rau

– Dimensiunea de agregate 16 mm

– Dosaj minim ciment 280 kg/m3 (SR EN 206-1)

– Lucrabilitate S4

– Valoare maxima A/C: 0.6

– Strat de acoperire armatura 50 mm

BARETE

– Clasa beton 40/50

– Clasa de expunere XC2 + XA2

– Grad de permeabilitate P-8-10

– Tip de ciment CEM-I-42, 5R

– Tip agregate de rau

– Dimensiunea de agregate 16 mm

– Dosaj minim ciment 400 kg/m3 (SR EN 206-1)

– Lucrabilitate S4

– Valoare maxima A/C: 0.5

– Strat de acoperire armature 75 mm

ARMATURA:

Otel armatura BSt500s sau similare (fyk = 500 MPa)

Bare filetate formate la rece post-intin Ф26-Ф40: fptk = 1050 MPa (relaxare redusa)

Precomprimarea initiala σ0 = 710 MPa.

CAPITOLUL 2: Metodologia de lucru

Teoria din spatele Breack In – Breack out (Ecuatii)

Camasuiala unui tunel [4]

Elemente specifice galeriilor hidrotehnice sub presiune
(1) Cămășuiala galeriilor sau tunelelor (boltă, boltă-pereți sau contur integral betonat)
este tratată ca fiind o structură hiperstatică. Reacțiunile mobilizate pe conturul de
rezemare a cămășuielii se evaluează admițând că roca este un mediu continuu și
elastic. La evaluarea încărcării active exercitate de rocă, denumită împingerea muntelui,
se face abstracție de efectul stabilizator al sprijinirilor, care sunt considerate lucrări
provizorii. Împingeriea muntelui se calculează conform subcapitolul 7.2, referitor la
evaluarea încărcărilor asupra sprijinirilor rigide.
(2) În cazul galeriilor sub presiune, fenomenele de interacțiune au un caracter special,
impus de concepția diferită a cămășuielilor acestor structuri. De această dată principala
încărcare este dată de presiunea interioară a apei. Principalul rol al cămășuielii îl
35
constituie asigurarea condițiilor de curgere, cu rugozitate controlată, în timp ce
presiunea interioară este transferată, în cea mai mare măsură, masivului de rocă în
care este realizată galeria.
a) Cămășuiala galeriei sub presiune se realizează sub forma unui inel relativ subțire din
beton armat, cu grosimi de 15…30 cm, care supus presiunii interioare, este solicitat la
întindere și fisurează și o coroană de rocă injectată cu lapte de ciment sub presiune în
jurul cămășuielii care asigură etanșeitatea.
b) Se admite ipoteza simplificatoare conform căreia roca este un material continuu,
elastic și izotrop, caracterizat prin modulul de elasticitate (deformație) Er și prin
coeficientul Poisson
r .

c) Reacțiunea elastică a rocii, q , este mobilizată de deformarea către masivul de rocă a
cămășuielii supuse presiunii interioare a apei, pi . (fig. 21). Ea acționează în egală
măsură atât la extradosul cămășuielii, cât și pe conturul (suprafața) excavat al rocii.
Figura 21. Definirea reacțiunii elastice a rocii

Fig. Definirea reactiunii elastice a rocii

Valoarea reacțiunii elastice este:
( 1) 2 (1 )
2(1 )
2 2
b
b i
R a a
p
q

(20)
unde notațiile sunt cele din figura21, E și μ semnifică modulul de deformare și respectiv
coeficientul Poisson, cu indicii b – beton, r – rocă, iar abrevierile sunt:
e i
R R
a , denumită grosimea relativă a cămășuelii,
b r
r b
E E
R

1 1
, denumită rigiditată relativă cămășuială-masiv.
d) În cazul rocilor mai puțin deformabile ( R 5 ) cămășuiala este puțin solicitată, o bună
parte din presiunea interioară fiind preluată de masiv. Când roca este mai deformabilă
( R 10) este rațional să se prevadă cămășuieli mai subțiri pentru a majora transferul
presiunii către masiv.
36
e) Grosimea inelului de beton al cămășuelii se alege pe criterii constructive, la un minim
tehnologic rațional, iar armarea are rol de control al fisurației inelului – întins centric –
care trebuie să-și mențină o continuitate la limită, fără însă ca deschiderea fisurilor să
fie o stare limită de dimensionare.
f) Injecțiile de impermeabilizare/consolidare realizate la presiuni mari forțează masa de
rocă să se deplaseze către cămășuiala de beton armat producînd comprimarea
acesteia; efectul, fiind premergător punerii galeriei sub presiune de apă, este denumit
de precomprimare.
g) Efectul de precomprimare se include în calcule fiind asimilat cu exercitarea pe
extrados a unei presiuni suplimentare pinj , cu 1, unde pinj. este presiunea de
injectare. Mărimea lui β depinde de raportul E r / E dintre modulul de deformare al masei
de rocă și modulul de deformare a rocii propriu-zise. β variază între 0,1 pentru E r / E =
1 și 0,4 pentru E r / E = 0,1

Intrarea și ieșirea TBM-ului în stații sunt puncte singulare pentru că scutul trebuie să-și regularizeze parametrii de funcționare până ce atinge “regimul normal” ce îi permite săexcaveze în condiții de siguranță zona de tunel.

Parametrul fundamental este presiunea în camera de excavare, fără care pot aparea instabilități în fața scutului.

Așadar , imediat la intrarea în stații, unde se produce o tranziție de presiune în camera de excavare este necesară o consolidare a terenului pentru a garanta condițiile de siguranță adecvate.

Mai mult, pentru a ușura schimbarea de presiune la camera de excavare și pentru a evita uzarea excesivă în capul scutului(find betonul un material putin favorabil pentru ambele puncte) se prevede o demolare parțială a pereților mulați unde traverseaza TBM-ul. [4]

INCIDENTA LUCRARILOR DE METROU CU CONDITIILE GEOLOGICE SI HIDROGEOLOGICE DE AMPLASAMENT [2]

Zona studiata este integrata subunitatii centrale a Campiei Romane, constituita din formatiuni recente de varsta cuaternar superior.

Cadrul structural specific Campiei Romane datorat miscarilor neotectonice, este cel al unui sinclinal cu caracter subsident, orientat SV – NE, pe fondul caruia s-au acumulat depozitele neogene si cuaternare.

Acest fapt evidentiaza caracterul de labilitate al regiunii, avertizand asupra reactiei la seisme, datorata lipsei unui fundament rigid aproape de suprafata sau a unor roci dure.

Pe baza studiilor geotehnice si hirogeologice intocmite de-a lungul timpului, s-au stabilit urmatoarele tipuri de straturi, care alcatuiesc terenul, de la suprafata pana spre 200m adancime.

Stratul tip 1 – Umpluturi,

Stratul tip 2 – Complexul argilosprafos de suprafata,

Stratul tip 3 – Complexul macrogranular,

Stratul tip 4 – Complexul depozitelor intermediare,

Stratul tip 5 – Complexul nisipurilor de Mostistea,

Stratul tip 6 – Complexul lacustru,

Stratul tip 7 – Complexul pietrisurilor inferioare (stratele de Fratesti).

Stratul tip 1 – Umpluturi, constituite din sol vegetal, pamint humificat si deseori elemente provenite din demolare de constructii, cu grosimi variind intre 0,80-15,00m.

Stratul tip 2 – Complexul argilos prafos de suprafata, ce poate avea grosimi de 0 – 20m, este constituit din depozite loessoide, deseori sensibile la umezire, uneori cu intercalatii nisipoase.

Caracteristicile fizico-mecanice ale acestuia difera in raport cu amplasarea sa in zona de camp sau de lunca.

Stratul tip 3- Complexul macrogranular, este constituit din pietrisuri si nisipuri cu mari variatii granulometrice si frecvente intercalatii de lentile loessoide. Prezinta grosimi de 5-20m. Este purtator de apa cu nivel liber la adincimi cuprinse intre 1,5-14m.

Stratul tip 4 -Complexul argilelor intermediare este constituit din toata gama rocilor coezive, deseori cu intercalatii de sub orizonturi necoezive, nisipoase care cantoneaza apa sub presiune. Prezinta grosimi maxime de 20m in zona de nord a orasului si se efileaza spre sudul acestuia, pana la disparitie.

Stratul tip 5 – Complexul nisipurilor de Mostistea are grosimi de 10-15m si constituie acviferul sub presiune. In cuprinsul sau apar dese intercalatii alcatuite din argile prafoase, argile nisipoase sau prafuri nisipoase.

Stratul tip 6 – Complexul lacustru, cu grosimi de 10-60m, este constituit dominant din strate de argila sau argila prafoasa, cu lentile de nisipuri, reduse ca volum si extindere, care sint mai frecvente spre limita superioara a formatiunii, oferind posibilitatea unor legaturi directe cu bancul gros de nisipuri situat deasupra.

Stratul tip 7 – Complexul pietrisurilor inferioare – Stratele de Fratesti, cu grosimi variabile intre 100-180m, este constituit de 3 orizonturi de nisipuri si pietrisuri separate de doua orizonturi de argile. Stratele permeabile sint purtatoare de apa cu nivel ascendent si reprezinta in principal sursa de alimentare a orasului cu apa potabila si industriala.

In particular pentru statia Favorit avem urmatoarele tipuri de straturi:

Stratul tip 1 – Umpluturi, constituite din sol vegetal, pamint humificat si deseori elemente provenite din demolare de constructii, cu grosimi variind intre 0,80-2.70

Stratul tip 2 – Complexul argilos prafos de suprafata, ce poate avea grosimi de 9.2m, este constituit din depozite loessoide, deseori sensibile la umezire, uneori cu intercalatii nisipoase. Este purtator de apa cu nivel liber la adincimi cuprinse intre 8.25m

Stratul tip 3- Complexul argilelor , intermediare construit din toata gama rocilor cu intercatii de roci necoezive.

Stratul tip 4- Complexul argilos prafos de suprafata , este constituit din depozite loessoide, deseori sensibile la umezire, uneori cu intercalatii nisipoase.

Conditiile hidrogeologice din zona scot in evidenta existenta in depozitele cuaternare a celor 3 orizonturi acvifere caracteristice Campiei Romane si anume :

orizontul macrogranular,

orizontul nisipurilor de Mostistea,

orizontul stratelor de Fratesti.

Apa freatica, este cantonata in general in stratul macrogranular, aluvionar, Pleistocen superior, constituit din nisip cu pietris de la baza depozitelor argilo – loessoide de terasa si partial, in aluviunile holocene de lunca, valorificat pentru consumuri prioritare de uz gospodaresc (acvifer vulnerabil la poluare).

b) Complexul acvifer de medie adincime,este cantonat in structura incrucisata de tip multistrat din cadrul depozitelor de virsta Pleistocen mediu, cunoscut si sub denumirea de "Nisipuri de Mostistea".

Luat in ansamblu, pe un areal mai extins, complexul argilelor intermediare are o dezvoltare discontinua, cele 2 suborizonturi acvifere punindu-se astfel in legatura directa.

Aceste legaturi hidraulice, in general, determina pe teritoriul orasului, inclusiv in perimetrul de studiu, sa se evidentieze mici diferente intre nivelele celor doua acvifere, fapt ce ne permite ca practic sa putem considera nivelul hidrostatic ca fiind al unui unic orizont, considerat freatic.

c) Complexul acvifer de mare adancime, este cantonat in orizonturile A, B, C, de Fratesti (predominant nisip cu pietris).

INTERVEntie corespunzatoare intrarii TBM-ului. CONSOLIDAre

Proiectul impune adoptarea acestei solutii pentru asigurarea unor masuri tehnice de lucru in conditii de siguranta si eliminarea oricaror riscuri ce pot aparea (tasari) la intrarea in statie (acestea impunand consolidarea terenului si depresionarea acviferului local.)

3.1. consolidarea terenului

Pentru a evita tasarea terenului, sau instabilitatea in fata scutului, s-a propus o consolidare.

Corespunzator profilului geotehnic unde straturile predominante sunt de natura argiloasa pe inaltimea tunelului se propune un tratament cu coloane plastice.

Iesire TBM (latura spre Drumul taberei 34)

Consolidarea cu piloti din beton bentonitic cu rezistenta la compresiune minima de 8 MPa se va realiza langa peretele mulat, pe 2 randuri, cu diametrul de 1.00m si un interax de 1.20m, dispusi pe o lungime de 4.10m fata de axul TBM-ul, dupa cum se poate vedea in figura de mai jos.

Pe capatul dinspre statia Drumul Taberei 34, pe firul 2, datorita prezentei unui canal edilitar, se va realiza consolidarea cu piloti din beton bentonitic cu diametrul de 1.0m si lungimea de 10.0m, armati cu bare VTR (fibra de sticla). Acesti piloti sunt in numar de 7 buc. si vor fi dispusi pe un singur rand, cu inter-axul de 1.10m.

Intrare TBM (latura spre Orizont):

Consolidarea cu piloti din beton bentonitic cu rezistenta la compresiune minima de 8 MPa se va realiza secanti pe un singur rand, cu diametrul de 1.00m si un interax de 0.90m, dispusi pe o lungime de 4.10m fata de axul TBM-ul, dupa cum se poate vedea in figura de mai jos.

Adancimea de forare este de aprox. 2m sub cota de sapatura a TBM-ului. Inainte de realizarea sapaturii necesare executarii coloanelor se va identifica reteaua edilitara subterana, pentru a lua masurile necesare de deviere sau de evitare a lor.

In anexa ‘Breviar de Calcul’ se prezinta justificarea stabilitatii din fata scutului cu tratamentul propus.

EPUISMENT LOCAL TEMPORAR

Pentru a putea realiza operatiile de demolare cu o siguranta adecvata s-a propus un sistem de epuisment cu 3×2 puturi, pe capatul dinspre Drumul Tabereri 34 si 4+3 puturi pe capatul dinspre Orizont. Cu ele se elimina presiunea apei la fata peretelui mulat.

In anexa ‘Breviar de Calcul’ se prezinta justificarea sistemului de epuisment propus.

Epuismentul este independent de solutia impermeabilizarii pentru a evita intrarea apei in statie cand TBM-ul iese din statie sau intra in statie. Pentru aceasta se va utiliza un sistem de tunel fals sau de inel de etanseizare la intrarea in tunel si un bloc de beton bentonitic la iesirea din tunel.

Pentru situatia in care nu se atinge obiectivul epuismentului vor fi luate masuri suplimentare (cresterea numarului de puturi) pentru a cobora nivelul apei sub cota inferioara a tunelui.

Vedere in plan, latura dinspre Drumul Taberei 34 si vedere armature VTR

Vedere in plan, latura dinspre Orizont

DEMOLAREA

Se propune demolarea partiala pe 70cm din peretii mulati pentru a facilita iesirea sau intrarea TBM-ului reducand uzarea capului de forare si permitand o tranzitie de presiune regulata.

Primii 50cm pot fi demolati prin mijloace mecanice, cu o perforatie anterioara pentru a facilita operatia. Ultimii 25cm se vor demola manual pentru a evita daunele incontrolabile ale peretilor mulati.

Practicarea de goluri carotate pe generatoare este impusa de urmatorul aspect:sa nu se induca vibratii in structura adiacenta (frontoane) si fisuri in betonul ce va ramane si va fi inglobat in reintregirea structurii statiei(pereti caseta si inel secundar).

.concluzii

Cu actiunile anterioare ce se regasesc in aceste documente se reduc riscurile de instabilitate a terenului in afara statiei, cat si de functionare si uzura a scutului. [2]

Metodologia tehnologia executarii strapungerii : [3]

2.2.3.1 Microtunelul

2.2.3.1.1 Descrierea tehnologiei.

Microtunelirea permite instalarea automata a conductelor fara sapatura deschisa si fara folosirea de personal in interiorul tunelului. Excavarea propriu-zisa se realizeaza de catre o scut mecanizat si presurizat care este impins impreuna cu tubul care urmeaza sa fie instalat.

Dupa localizarea adancimii la care se va pozitiona tubul, astfel incat sa se evite interferentele cu alte elemente de infrastructura existente, se sapa un put de start si un put de sosire.

Scutul este pozitionat initial in interiorul putului de start de unde este impins impreuna cu tubul de catre statia de impingere principala, pana ajunge la putul de sosire.

Tehnica folosita in pozarea tuburilor necesita folosirea unui scut controlat la distanta care este urmat de tuburile ce urmeaza sa fie instalate, acestea fiind impinse de catre un dispozitiv hidraulic de mare forta. Scutul dispune de o freza rotativa care sfarama materialul excavat pe masura ce inainteaza.

Materialul excavat este adus la suprafata prin intermediul unui sistem inchis de colectare a apei si noroiului.

Scutul este controlat la distanta de catre operator prin intermediul unui panou de control care permite monitorizarea si schimbarea parametrilor de avansare in conformitate cu conditiile solului. Forarea tunelului nu necesita prezenta de personal in interiorul excavatiei. Pozitia scutului este constant monitorizata de o raza laser care urmareste o tinta fotosensibila integrata. Informatiile sunt transmise computerului care stabileste pozitia exacta a frezei si determina corectiile necesare. Corectiile sunt realizate in cursul forarii prin intermediul a 3-4 cricuri hidraulice operate independent care actioneaza asupra frezei. Sistemul de foraj permite instalarea conductei chiar si sub straturi de pamant care au apa. Capul de foraj si blindajul conductei permite obtinerea etanseitatii schiar si sub un nivel de presiune de 30.0 m.

2.2.3.1.1 Prezentarea echipamentelor.

2.2.3.1.1.1 Utilajul pentru execuție tunele: scut închis de foraj în secțiune plină – Principii de procedură pentru utilajele pentru execuție microtunele.

Este necesară execuția controlată a excavării și extracției solului pentru a împiedica tasarea solului la suprafață. Din acest motiv, este foarte importantă susținerea în siguranță a suprafeței pe durata întregului proces de executare a tunelelor. Susținerea suprafeței va avea la bază următorul sistem:

– controlul mecanic

– utilizarea bentonitei în laptele de ciment

– menținerea unei presiuni ridicate a suspensiei în utilaj.

Presiunea jetului de apă se poate regla și trebuie să fie cu 0,1 până la 0,3 bari peste presiunea predominantă în pânza freatică. Susținerea mecanică a suprafeței se asigură prin brațele cuțitului rotativ.

Raportul geologic și profilul solului de-a lungul traseului conductei indică prezența nisipului și, eventual, a unor pietrișuri. ICOP va asigura pentru scut un cuțit rotativ adaptat pentru soluri mixte, precum: amestec de sol moale, pietriș sau pietriș grosier, piatră dezagregată/moale și pentru a depăși o serie de obstacole subterane neprevăzute. Cuțitul rotativ va fi prevăzut cu instrumente tăietoare pentru sol moale și discuri de tăiere. Toate discurile de tăiere sunt cu alimentare din spate care pot fi schimbate în urma uzurii sau a deteriorării cauzate de obstacolele întâlnite.

Cuțitul rotativ proiectat de ICOP poate depăși obstacole formate din materiale având rezistență maximă la compresie fără constrângeri laterale (UCS ) de 80 MPa. Din experiența noastră nu este fiabilă indicarea unor dimensiuni precise pentru obstacolele pe care le poate depăși utilajul pentru execuție tunele, în special pentru obstacolele din oțel/metal. În timpul trecerii peste obstacole procedura de stabilizare nu poate fi 100% garantată, prin urmare se pot produce tasări.

2.2.3.1.1.2 Stația de separare

Solul excavat este îndepărtat în sistem umed. Acest sistem este superior sistemului uscat pentru tunelele realizate pe distanțe mari, deoarece în sistemul uscat eliminarea solului cu vagonetele necesită un timp îndelungat. Solul este scos din zona concasorului cu con prin circuitul de suspensie care este format din următoarele: pompă de alimentare (2), pompă de suspensie (4) tuburi, stăvilare, etc. Pentru separarea apei de solul excavat se va asigura o stație de separare. Această stație asigură separarea materialului excavat cu ajutorul sitelor vibratoare și cicloanelor.

Pompele de evacuare transportă suspensia de-a lungul circuitului (1) la stația de separare până la sitele vibratoare (2), unde materialul grosier este separat și depus într-un container. Suspensia trecută prin sită este acum transportată prin intermediul pompelor până în cicloane (3). Acolo se separă materialul fin de suspensie. Și acest material separat este introdus într-un container pentru precipitare. Suspensia astfel curățată este transferată într-un container exterior (4), de unde poate fi folosită din nou.

Sistem intermediar de împingere

Având în vedere frecarea dintre suprafața externă a tubului și sol, forțele de frecare cresc pe măsură ce crește și lungimea tunelului. După depășirea unei anumite valori a lungimi de împingere, nu mai este posibilă împingerea pe întregul traseu din stația principală de împingere din groapa de lansare. Prin urmare sunt necesare stații suplimentare de împingere. Trebuie avut, de asemenea, în vedere și faptul că atunci când se reia împingerea unei conducte după o perioadă de staționare este necesară o forță considerabil mai mare. Din acest motiv și ca o măsură de precauție, sunt prevăzute stații intermediare de împingere la intervale de aproximativ o sută de metri.

La încheierea forării, stațiile intermediare de împingere rămân în pământ și părțile interne, cum ar fi cilindrul hidraulic, materialul de montaj, inelul și furtunile de presiune sunt demontate la finalizarea execuției tunelelor.

Stațiile intermediare de împingere sunt operate de la panoul de comandă din container. Este necesară o singură linie de alimentare hidraulică pe stație. Pentru a menține cât mai coborât nivelul pierderilor hidraulice în această zonă, pe traseele mai lungi, jumătate dintre stații sunt alimentate de utilaj și cealaltă jumătate de o unitate din container.

Sistemul de ghidare

Proiectele de execuție microtunele care includ trasee de forare curbe și lungi (>250m) necesită un sistem special de ghidare pentru a permite operatorului să păstreze utilajul de forare a tunelului cât mai aproape de APT (axa proiectată a tunelului). Sistemul de navigare care oferă cea mai înaltă precizie pentru acest tip de proiecte este SLS-Microtunnelling LT, o combinație de tahimetru cu laser și marcator electronic cu laser.

Cu toate acestea, trebuie să avem în vedere faptul că nu este posibil să definim cu exactitate precizia acestui sistem de navigație, dat fiind că precizia acestuia este în mod direct influențată de diverși alți factori. Prin urmare, și toleranțele finale sunt influențate de mai mulți factori care trebuie luați în considerare.

Sistemul automat de lubrifiere pentru tunele

Un factor important pentru forța de acționare la execuția tunelelor este reprezentat de frecarea de suprafață a conductei și utilajului. Forța de împingere necesară pentru a compensa forța de frecare este, cu toate acestea, limitată de sarcina maxim admisă de forță de împingere a tuburilor.

Un factor important pentru execuția de tunele pe distanțe mari este reprezentat, prin urmare, de reducerea și controlul asupra rezistenței la frecare. Forța de frecare depinde de solul excavat, de nivelul pânzei freatice și de calitatea direcționării utilajului, precum și lubrifierea uniformă a conductei. Calitatea tuburilor împinse are, de asemenea, o mare importanță. Trebuie să se pună accent pe menținerea unei suprafețe curate și cât mai netede și să se respecte valorile de toleranță impuse de producător.

Diametrul capului de tăiere este cu aproximativ 40 mm mai mare decât construcția din oțel a utilajului. Pe de altă parte, tuburile au în general un diametru mai mic. Acest lucru împiedică exercitarea unei presiuni directe a pământului asupra utilajului și tuburilor. În cazul solurilor instabile trebuie să se ia măsuri pentru a se împiedica retasarea solului pe conductă; în acest sens, se injectează un lichid de susținere în inelul suplimentar excavat. Acest lichid are și funcție de lubrifiere, care reduce considerabil frecarea de suprafață. În general se folosește bentonita ca agent adjuvant și de lubrifiere, dar se utilizează și polimeri speciali.

Presiunea de injecție induce penetrarea fluidului adjuvant până la o anumită adâncime în pământ și formarea unei pelicule de lubrifiere în jurul conductei. Viteza fluxului și adâncimea de penetrare ale suspensiei în pământ depind de secțiunea transversală a porilor solului și de caracteristicile de fluiditate ale agentului de lubrifiere. Agentul adjuvant și de lubrifiere trebuie, prin urmare, să fie adaptat la condițiile de sol curente. Cerințele preliminare pentru asigurarea unor condiții optime sunt următoarele:

Investigarea în detaliu a solului, granulometriei și compoziției acestuia

Determinarea presiunii solului și, prin urmare, și a presiunii de injectare pentru suspensia de bentonită

Determinarea dozelor pentru amestecul de bentonită – apă, pe baza datelor granulometrice

Prepararea în mod corespunzător a suspensiei de bentonită

Asigurarea injecției cu bentonită pe întregul traseu și pe întreaga durată de împingere

La îndeplinirea acestor condiții, nu trebuie ignorat faptul că limita de stabilitate a suspensiei este de 40 kg de bentonită la m3 de apă.

Capetele de injecție cu bentonită trebuie amplasate cât mai uniform posibil de-a lungul circumferinței tubului. Numărul capetelor de injecție depinde de capacitatea solului de a permite difuzarea suspensiei. Pentru solurile mai puțin permeabile, intervalele stabilite trebuie să aibă frecvență mai mare decât în cazul solurilor cu permeabilitate mai ridicată. Injecția trebuie să înceapă cât mai aproape posibil de capătul utilajului și, în funcție de lungimea tunelului excavat, trebuie reluată prin alte capete de injecție la fiecare aproximativ 9-12 m.

Din experiență s-a stabilit că lubrifierea manuală cu aceleași cantități de bentonită nu conduce de fiecare dată la forțe de frecare reduse. În funcție de condițiile solului excavat, care poate prezenta variații frecvente, în special pe distanțe mai mari, lubrifierea optimă trebuie modificată cu aceeași frecvență. În acest sens, Herrenknecht a dezvoltat un sistem automat de lubrifiere care asigură lubrifierea automată, în funcție de durata și cantitățile necesare și poate exercita un control calculat pentru fiecare stație și supapă. Operatorul utilajului poate modifica parametrii configurați în orice moment.

Din experiență s-a stabilit că sistemul de lubrifiere automată cu bentonită poate asigura valori ale frecării situate sub 1kN/m². Se pot furniza două exemple în acest sens: în cadrul execuției proiectului "Europipe Landfalltunnel Dornummersiel" (diametrul de 3,6 m, lungimea de 2531 m) s-au obținut valori ale frecării sub 1 kN/m2; în cadrul proiectului "Kieler Förde" (diametrul de 4,1 m, lungimea de 1368 m) -au obținut valori ale frecării sub 0,2 kN/m². Literatura de specialitate indică valori de frecare de 20 – 30 kN/m² în cazurile în care nu s-au folosit agenții de lubrifiere.

În special pentru tunelele de distanțe mari, lubrifierea corespunzătoare a conductei poate avea un efect decisiv asupra succesului sau eșecului în execuția tunelelor. În cazul în care forța aplicată pentru execuția tunelelor depășește capacitatea portantă admisă pentru tuburile împinse din cauza lungimii de reținere, trebuie utilizate stații intermediare de împingere care împart în secțiuni întreaga conductă.

Problemele intalnite

Stabilitatea in front si stabilitatea excavatiei (local si global)

Figura 2. Stabilitatea in front (local) M.Panet 2005

Figura 3. Stabilitatea in front (global) M.Panet 2005

Pentru analiza stabilitatii frontului se utilizeaza urmatoarea relatii :

Figura 4. Reprezentare schematica a eforturilor in front M.Panet 1995

3

Deformatiile solului si tasarile diferentiate (de termen lung si pe termen scurt)

Figura 5. Tasari pe termen scurt (Leblais 2005)

Figura 6. Sectiune teren si tasare

Figura 7. Vedere 3D a tasarilor (Leblais 2005)

Infiltratia apei

Existenta cavernelor si cavitatilor subterane

Folosinta tunelului in timpul constructiei

Metoda scutului : caracterizare

Tipuri de utilaje cu scut:

Scut EBH presurizat:

În acest capitol este prezentat calculul sistemului local de puțuri de epuisment și consolidare a terenului ce se vor executa în stația “Favorit” , în paralel cu inițierea excavației TBM-ului pentru a permite demolarea parțială a diafragmelor.

Calculul a fost condus considerând urmatoarele metode de calcul analitic:

Metoda Dupuit pentru acvifer sub presiune și raza echivalentă a grupului de puțuri;

2) Metoda Dupuit pentru acvifer sub presiune modificat de Forhheimer pentru a considera efectul de grup;

3) Metoda cumulativă a descărcărilor, consideră suprapunerea liniară a efectului descărcărilor fiecărui foraj în punctul de observație (centrul tunelului în dreptul pereților mulați)

Efectul ecranului de pereți mulați nu este luat în considerare de nici una dintre metode, însă acest lucru are un efect favorabil (este avantajos).

Considerând debitul Qw pentru fiecare puț se estimează lungimea udată a filtrului utilizând formula empirica Sicart’s:

Lw=Qw/(24.91∙rw∙(k)0.5)

Unde rw este raza puțului și k este permeabilitatea acviferului.

Ipoteze și date de intrare

Calculul a fost făcut pentru stația Favorit. Straturile necoezive (strat 3 : “Pietrișuri de Colentină”) sunt considerate continue hidraulic, de aceea se consideră o grosime medie de acvifer de 20 m.

În tabelul următor sunt prezentate valorile de transmisii și permeabilității prevăzute în proiect pentru încercările de pompare în trepte și pe termen lung : la Favorit valorile de transmisie sunt egale cu 4,1×10-3m2/sec (proba pe termen scurt) e 1,5×10-3m2/sec (proba pe termen lung), din care se obține, considerând o grosime acvifer de 20 m, și valori de permeabilitate indicate în tabelul urmator :

Raza de influență a epuismentului este calculată cu formula Sichart’s considerând o valoare a denivelării de 6,6 m (latura Drumul Taberei 34) si 6,0m (latura Orizont):

Latura spre Drumul Taberei 34: R0=3000∙ΔH∙(k)0.5=170m

Latura spre Orizont: R0=3000∙ΔH∙(k)0.5=160 m

Puțurile au un diametru de 70 cm, corespunzător cu puțurile executate în stații. Un rând de trei puțuri este prevăzut pe fiecare capăt de stație: unul central , între cele două tunele, și două lateral.

Soluție prevăzută :

Consolidări cu piloți plastici

Cu un nivel al acviferului coborât sub fundul secțiunii excavate, consolidarea frontului de săpătură se face cu un perete de piloți plastici realizați imediat în spatele diafragmelor de capăt al stațiilor. În speță, pentru fazele de ieșire TBM din stație, ecranul va fi reprezentat de două rânduri de piloți cu diametrul de 1,00m, realizați la interaxe de 1,20m și dispuși joantiv.

Pentru intrarea TBM în stație, ecranul va fi constituit de un singur rând de piloți cu diametrul de 1,00m, la interaxe 0,90m; acest fapt e posibil întrucât, înaintea demolării diafragmelor stației, TBM va fi poziționat cu capul pe peretele de piloți, pentru a anula impingerea terenului din spatele acestora. În cele ce urmează se dau verificările elaborate pentru dimensionarea intervenției de consolidare cu piloți plastici.

Materialul utilizat pentru coloanele plastice este betonul amestecat cu bentonită cu rezistență medie de cel puțin 8 MPa, cu următoarele caracteristici:

Rezistența la compresiune de calcul (UNI-EN 1992-1-1:2005, punct 3.1.6),

fck = 0.7×8 = 5.6MPa

fcd = 0.85×5.6/1.5 = 3.099MPa

Rezistența la întindere de calcul (UNI-EN 1992-1-1:2005, punct 3.1.6),

fctd = 0.7x fctm /1.5 = 0.7x 0.3x (5.62/3)/1.5 = 0.39MPa

Pe zona de capăt dinspre Drumul Taberei 34, de pe Linia 2, datorită prezenței unui canal edilitar, s-au utilizat coloane plastice armate cu bare VTR (fibră de sticlă).

Vedere în plan, latura dinspre Drumul Taberei 34 și vedere armătură VTR

Vedere în plan, latura dinspre Orizont

Parametrii terenului considerați sunt pentru stratul 2 “complex argilos-nisipos superior” care e prezent până la 13.0 m de la suprafață, adică în întregime deasupra generatoarei superioare a tunelului.

Pentru stratul 2 avem următoarele caracteristici:

Se utilizează metoda de verificare a stabilitătii propusă de E.Tamez (1985), care prevede mobilizarea unui volum de teren în spate pe o lungime de :

l = h x tan (45°-Ø/2) = 4.11m.

Factorul de siguranță se calculează cu următoarea expresie:

În cazul galeriilor artificiale se poate considera:

Cu τm2 si τm3 care reprezintă rezistențele tangețiale unitare care acționează pe prismele 2 și 3 din figură. Considerând faptul că intervenția de consolidare cu piloți plastici include tot volumul de verificare după Tamez, valorile coeziunii în formulele de calcul ale m2 și m3 sunt luate ca egale cu coeziunea terenului neconsolidat.

KA e coeficientul de împingere activă egal cutan² (45°-Ø/2)

Valoarea coeziunii se calculează considerând terenul consolidat cu piloți plastici pentru care din caracteristicile mecanice desrise, ca și coeziune și unghi de frecare avem:

De aici: ϕ = 51°

c’ = 3.099 x (1-sin 51°)/(2xcos51°)= 0.709 Mpa

c’d = 0.709 Mpa / 1.4 = 0.507 Mpa

Această valoare a coeziunii se raportează la procentul de volum consolidat, deci valoarea coeziunii de calcul va fi egală cu media ponderată în baza ariilor între caracteristicilor terenului și cele ale piloților.

Se obține astfel în baza ariei tratate date precedent:

cd = [0.0071/1.4x(4.11×8.2)+0.507x(13×0.78)]/(4.11×8.2+13×0.78)= 0.1230 Mpa = 12.30t/m²

Factorul de siguranță limită recomandat pentru valorile coeziunii:

c = 12.52 t/m² > 0.3 x x z = 0.3 x 2 x 7.45= 4.47

Condiția necesară de verificare este: Fs> 2

Se obține un factor de siguranță : Fs = 2.62

Relația se verifică.

CAPITOLUL 3: Analize efectuate

Plaxis – modelare numerica

Plaxis este un program cu element finit ce tine cont de starea initala a terenului. Am folosit acest program pentru modelarea breack in –BO a scutului intr-o statie de metrou.

Teoria din spatele programului :

Pentru fiecare proiect tridimensional de analizat, este important ca intai sa se creeze o structura transversala in 2D . Un model transversal 2D este o reprezentare a unei probleme tridimensionale alcatuit din puncte, linii si clustere. Un model 2D trebuie sa includa o divizare a solului in strate distincte, obiecte structurale, stadii constructive si incarcari. Modelul trebuie sa fie suficient de extins incat limitele acestuia sa nu influenteze rezultatele problemei studiate. Cele 3 tipuri ale componentilor unui model transversal sunt urmatoarele:

Punct: punctele formeaza inceputul si finalul unei linii. De asemenea, pot fi folosite pentru pozitionarea ancorelor, punctelor de aplicatie al fortelor, si optimizari ale retelei de element finit.

Linie: liniile definest limitele geometriei, ale modelului si discontinuitatile din geometrie precum pereti, shell-uri, si separatie dintre anumite strate de sol sau stagiile constructive.

Cluster: sunt grupuri incadrate de linii. Programul Plaxis recunoaste grupurile delimitate de liniile geometrice. In interiorul unui Cluster proprietatile solului sunt omogene. Astfel, clusterele pot fi considerate ca parte a stratelor de sol. Actiunile referitoare la clustere se aplica tuturor elementelor unui cluster.

Dupa ce am creat un model geometric, va fi generata automat o retea 2D din element finit realizata din triangulatii de 6 noduri, functie de compozitia clusterelor si a liniilor din modelul geometric. Daca reteaua 2D este satisfacatoare, este posibila o extindere a acesteia in a 3 a dimensiune specificand coordonata Z asupra tuturor planelor verticale care sunt necesare realizarii unui model tridimensional.

Suplimentar creerii unui model tridimensional, alte doua componente sunt necesare:

Planurile verticale: uzual numite planuri sectionale (Z-planes) sunt folosite pentru realizarea modelului 3D cu element finit, dintr-un model 2D. Fiecare plan-Z este identic, insa distante dintr doua plane succesive poate varia prin modificarea coordonatei Z. Daca distanta dintre doua plane este prea mare, programul introduce automat plane-Z suplimentare in timpul generarii retelei 3D. Planele verticale se utilizeaza pentru a activa respectiv dezactiva punctele de incarcare, liniile de incarcare, ancorele sau incarcatile verticale (z-loads), dar si pentru a aplica o contractie asupra captuselii unui tunel.

Transa : transele(slices) sunt volume intre doua plane (Z-planes) adiacente. Transele pot fi utilizate pentru a activa respectiv dezactiva volumele de sol, discurile(plates), linile de incarcare, incarcari distribuite, fortelor volumetrice, sau a presiunii apei.

Intr-o retea tridimensionala cu elemente finite pot fi identificate :

Elemente: in timpul generarii retelei, transele sunt divizate in elemente de blocare din 15 noduri. Aceste elemente sunt alcatuite din fatete cu triangulatii de 6 noduri pe directia axei Z. Suplimentar elementelor de volum, care sunt generate pentru a modela solul, pot fi generate pentru a modela comportamentul structural: elemente placi cu 8 noduri compatibile, si elemente de interfata cu 16 noduri.

Noduri: Elementele de blocare sunt folosite in interfata de tunel tridimensional si sunt alcatuite din 15 noduri (fig. 2) . Elementele adiacente sunt conectate prin nodurile comune. In timpul calculului unui element finit , deplasarile (ux, uy si uz), sunt calculate in noduri. Nodurile pot fi preselectate pentru a realiza curba incarcare-deplasare.

Puncte de stres: In opozitie cu deplasarile, eforturile si deformatiile sunt calculate in puncte de integrare Gausiene (sau puncte de stres), in loc sa fie calculate in noduri. Un element de blocare cu 15 noduri contin 6 noduri asa cum este indicat in figura 2. Punctele de stres pot fi preselectate pentru a genera curba de efort, sau diagrama efort-deformatie.

Etapele configurarii modelului :

Tabel 1: Caracteristicile materialelor utilizate in constructi modelului:

Proprietatile suprafetei de contact sunt definite de parametrul R inter, care poate fi setat precum un set de material. Parametrul R inter se refera la rezistenta suprafetei de contact a solului conform ecuatiilor:

Tan ϕ interface = Rinter*tan ϕ sol si c inter = R inter* c sol

MEF [7]

Metoda elementului finit este o metodă numerică aproximativă de calcul, care se poate utiliza pentru rezolvarea diverselor probleme ce apar în practica inginerească de zi cu zi, dar mai ales în rezolvarea probleme complexe cum ar fi mișcarea apei prin medii poroase stratificate, anizotrope și nesaturate, în condiții nepermanentă prin medii saturate sau nesaturate. Pentru utilizarea metodei nu este necesar ca utilizatorul să aibă cunoștințe speciale de matematică sau informatică, ci este suficient ca el să fie un bun inginer. Succesul de care se bucura metoda este explicabilă prin ușurință cu care se pot înțelege și asimila conceptele de bază: nod, element finit, rețea de discretizare, model de calcul. Ca orice metodă de calcul metoda elementului finit prezintă o serie de avantaje și dezavantaje: Avantajele metodei elementelor finite: – se poate aplica la o gama larga de probleme inginerești; – permite utilizatorului să fie creativ și nu limitează în nici un fel modelarea domeniilor pe care se face aplicarea metodei; – conceptele de baza sunt accesibile masei largi de utilizatori; – creșterea puterii de calcul a sistemelor informatice folosite în prezent elimină dezavantajul volumului mare de calcul necesar la rezolvarea problemelor; – rezultatele sunt postprocesate în așa fel încât rezultatele să fie concludente și să ne facă să înțelegem fenomenele ce au loc în practică. Dezavantaje: – metoda este aproximativă și nu ne permite estimarea cuantificabila a încrederii ce o putem acorda rezultatelor obținute; – uneori libertatea pe care o are utilizatorul în crearea modelului de calcul alterează rezultatele obținute; – programele de calcul sunt complexe și scumpe, făcând de cele mai multe ori ca accesul la ele să fie imposibil de realizat mai ales în condițiile actuale. Având în vedere cele prezentate mai sus în prezenta lucrare se propune realizarea unui program de calcul și modelare a mișcării apei prin medii poroase, care să permită intervenția utilizatorului în ceea ce privește modul de calcul a parametrilor ce influențează curgerea în sine. CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 51 Având în vedere că în cazul acumulărilor nepermanente ce se pretează la o permanentizare este vorba de baraje mici din pământ omogene, fundate pe terenuri permeabile (în cele mai multe cazuri de aceiași tip cu materialul folosit în umpluturi), care sunt supuse unor variații rapide de nivel (fie ca vorbim despre creșteri de nivel, fie ca este vorba de scăderi de nivel), se impune o studiere în detaliu a fenomenului. Se propune astfel ca modelarea și calculul infiltrațiilor să se facă în regim nestaționar, iar mediul prin care se face simularea să se considere în stare nesaturată. Pentru rezolvarea acestei probleme, cea mai buna metoda de modelare este cea a metodei elementului finit și în cele ce urmează se prezintă teoria ce stă la baza scrierii algoritmilor prezentați în anexele aceste lucrări. 4.1.Reguli generale folosite pentru discretizarea domeniului Primul pas în soluționarea mișcării prin medii poroase prin metoda elementului finit o reprezintă discretizarea domeniului. Acest lucru este realizat prin înlocuirea domeniului cu o serie de noduri și elemente. În funcție de tipul problemei de rezolvat (uni- bi- tridimensionale(fig 4.1-2)) elementele folosite pot fi la rândul lor de mai multe tipuri. Elementele pot fi de dimensiuni și forme diferite, pentru același domeniu putem avea tipuri diferite de elemente. Deoarece la un element poate fi atașat un singur tip de material, discretizarea și forma elementelor depind de stratificarea și dispunerea materialelor pe domeniu. Figura 4.1 Exemplu pentru aplicarea unidimensionala a MEF CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 52 Figura 4.2Exemplu pentru aplicarea tridimensionala a MEF Discretizarea domeniilor este în prezent automatizată cu ajutorul unor programe de calcul, iar la utiliyarea lor trebuie avute în vedere câteva aspecte principale. Modelul de calcul trebuie realizat la scară nedeformată și trebuie demarcate clar zonele cu condițiile de margine ce urmează a fi definite. În privința fineții discretizării, nu poate fi stabilit de la început cât de mari trebuie să fie elementele. Este clar că dimensiunea elementelor influențează exactitatea soluției. Cu cât elementele sunt mai mici ca dimensiune cu atât soluția problemei va fi mai exactă, dar și volumul de calcul, numărul de necunoscute din sistemul de ecuații va fi mai mare. Ca regulă în prima fază se pornește cu dimensiuni mai mari pentru elemente, apoi se repetă calculul pentru o discretizare mai fină comparându-se rezultatele. Se repetă acești pași până când rezultatele nu diferă semnificativ. Discretizare nu trebuie făcută uniform pe tot domeniul. Se alege o discretizare mai fină acolo unde se prevăd variații mai mari ale soluției problemei. (fig. 4.4) Pentru a alege o discretizare adecvată în vederea obținerii unei soluții cu un nivel acceptabil de precizie este nevoie în continuare de intervenția celui care operează discretizarea. Trebuie avut în vedere că se poate obține aceiași soluție pentru discretizări diferite ale domeniului. Prin urmare nu se poate stabili de la bun început dacă o discretizare este bună sau nu pentru rezolvarea problemei. Pentru a veni în ajutorul celor care se află la începuturile modelării pot fi stabilite o serie de reguli preliminare pentru a evita eventuale erori. CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 53 Figura 4.3 Tipuri de elemente folosite pentru discretizare în MEF 4.2.Reguli pentru dispunerea nodurilor Metoda elementului finit constă în discretizarea domeniului într-un număr de noduri și elemente urmat de calculul valorii variabilei în fiecare nod. Fiecărui nod îi este atribuit un număr, avându-se în vedere că acesta să fie unic și să facă parte dintr-un șir continuu de numere întregi. Fiecare nod primește și un set de coordonate (coordonate nodale), care pot fi de forma (x), (x,y), (x,y,z) sau (r,z) (vezi figura 4.3). De exemplu pentru noduri situate în plan: „1 -20.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 3 17.500000 7.000000 ……” Prima poziție este ocupată de denumirea nodului, a doua de coordonata X și a treia poziție de coordonata după axa Y. Nodurile trebuie plasate de-a lungul zonelor în care sunt definite condiții de margine. Nodurile în care se cunosc soluțiile problemei se numesc noduri Dirichlet și aceste valori reprezintă condiții de margine Dirichlet. Nodurile în care se cunosc valorile debitelor infiltrate CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 54 sau extrase (in cazul puțurilor) se numesc noduri Neuman, deoarece ele sunt folosite pentru la definirea condițiile de margine Neuman. Nodurile sunt plasate mai des acolo unde se așteaptă o variație însemnată a soluției problemei. Figura 4.4 Put de extracție. Exemplu de folosire a cunoștințelor de hidraulica la reducerea modelului de calcul Nodurile trebuie plasate la frontieră ce delimitează două tipuri de material, caracterizate de coeficienți de permeabilitate diferiți, în cadrul unui element poate fi definit doar un tip de material. Între laturile adiacente ale elementelor nu este permis să rămână spații libere. Figura 4.5 Exemple de erori în realizarea discretizării Pentru a obține o matrice bandă cu dimensiuni cât mai mici, în vederea minimizării volumului de calcul, respectiv în vederea reducerii sistemului de ecuații la minim diferența între numărul nodurilor ce formează un element trebuie să fie minim. Pentru a obține acest lucru este recomandat ca numerotarea nodurilor să se facă pe dimensiunea scurtă a domeniului.(figura 4.6). Figura 4.6 Exemple de numerotare a nodurilor CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 55 4.3.Reguli cu privire la selectarea dimensiunilor, formei și a plasamentului elementelor Forma și dimensiunile elementelor sunt în principiu dictate de forma și dimensiunile domeniului ce urmează a fi discretizat, de numărul de materiale din care este compus și de numărul de noduri. În cazul domeniilor de forme iregulate este nevoie de un număr mare de elemente, iar în cazul unor forme regulate fără variații mari de formă și tip de material este nevoie de un număr redus de elemente. Dimensiunea elementelor trebuie să fie redusă acolo unde se întâlnesc forme curbate, când soluția problemei suferă variații importante, în zonele cu materiale diferite etc. Fiecărui element îi este atribuit un număr care trebuie să fie unic și să facă parte dintr-un șir continuu de valori întregi și pozitive. Pentru a ușura munca pentru probleme particulare trebuie folosite cele mai simple tipuri de elemente. Asta înseamnă că pentru problema unidimensională se vor folosi elemente de tip bara, pentru mișcarea plana triunghiuri sau dreptunghiuri și elemente paralelipipedice liniare pentru problema tridimensională. Atunci când se folosesc elemente complexe, numărul de noduri pentru fiecare element creste, crescând și dimensiunea sistemului de ecuații respectiv al volumului de calcul cu diferențe nesemnificative a rezultatelor obținute. Între laturile alăturate ale unui element se lasă spatii libere, elementele alăturate nu pot să se suprapună (figura 4.5). În interiorul unui element caracteristicile unui material se consideră constante, deci elementele nu pot să depășească o zona de delimitare (figura 4.7). Figura 4.7 Exemple de discretizare pentru terenuri neomogene Forma elementelor influențează rezultatele obținute, iar atunci când se fac analize tranzitorii, acestea sunt influențate de mărimea incrementului temporal necesar obținerii unei soluții stabile. Trecerea de la o mărime a elementului la alta trebuie făcuta treptat și nu brusc. CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 56 Figura 4.8 Exemple de folosire a discretizării neomogene a domeniului Dacă domeniul este simetric acest avantaj trebuie folosit în vederea scăderii volumului de calcul (figura4.9). Figura 4.9 Exemple modelare a fenomenelor fizice folosind reducerea dimensiunii modelului de calcul Un exemplu de definire a elementelor în cazul programelor de calcul pentru probleme plane rezolvate cu ajutorul unor elemente triunghiulare liniare: „1 119 329 118 1 2 330 9 10 1 3 123 519 122 1 ….” Prima poziție este reprezentată de denumirea elementului. Ea trebuie să fie un număr întreg ce face parte dintr-un șir continuu, următoarele trei poziții reprezintă denumirea nodurilor ce constituie elementul, iar ultima poziție definește apartenența elementului la un tip de material. CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 57 4.4.Definirea condițiilor de margine În cazul problemelor de mișcarea apei prin medii poroase trebuie pornit de la o schemă de încărcare existentă. Astfel pentru a modela mișcare apei printr-un baraj din pământ este nevoie, pe lângă cunoașterea geometriei, a proprietăților geofizice ale terenului, de condițiile inițiale care duc la apariția mișcării, fie că este vorba de mișcare permanentă sau nepermanentă. Condițiile care duc la apariția mișcării apei prin baraje de pământ sunt: existența apei în lac și în aval de baraj, precipitații înregistrate pe paramentul expus. Astfel, pentru o schemă de încărcare clasică în care avem apă în bieful amonte și în bieful aval, cu siguranță cunoaștem valoarea presiunii apei în pori pentru nodurile elementelor situate pe paramentul amonte și paramentul aval situate sub nivelul apei. Daca y este nivelul apei în lac și yi este nivelul la care este situat nodul în raport cu originea sistemului de coordonate atunci presiunea apei în nodul i este: ( ) i i P = γ y − y (4.3.) γ fiind valoarea greutății specifice a apei. Pentru fiecare nod trebuie determinată valoarea adâncimii sale. O asemenea exprimare a condițiilor de margine poate duce la o îngreunare a procesului de pregătire a modelului. În mod uzual este folosită metoda introducerii valorii sarcinii hidraulice din teoria lui Bernoulli, respectiv: i i i y P H = + γ (4.4.) Se observă că al treilea termen lipsește (termenul cinetic), și este normal având în vederea starea de repaus considerată în acumulare. Astfel dacă originea sistemului de coordonate folosit este situat la piciorul amonte al barajului și adâncimea apei este 10 metri, rezultă că pentru toate nodurile de pe paramentul amonte valoarea cunoscută este H=10 m. De precizat că în acest caz rezolvarea problemei duce la obținerea valorilor Hi pentru toate nodurile Gauss (folosite la discretizare), în m. Pentru calculul presiunii apei în pori se scade din fiecare valoare „y” a nodului și se înmulțește valoarea obținută cu γ . Un exemplu de introducere a condițiilor de margine prin intermediul unui fișier text poate să arate în următorul fel: „169 45 170 45 91 5 92 5” CAP .4. CALCULUL INFILTRAȚIILOR PRIN MEF 58 Prima poziție este reprezentată de numele nodului în care se cunoaște sarcina hidraulică, a doua poziție de valoarea lui Hi . Aceste noduri se numesc noduri Dirchlet, noduri în care valoare soluției sistemului de ecuații ce urmează a fi rezolvat este cunoscuta. Dacă regimul este nepermanent și care se cunosc doar nodurile din amonte și aval ce urmează a devenii noduri Dirichlet, pe parcursul modelării într-o anumită etapă, atunci se poate face următorul artificiu: 1. se notează într-un fișier numele nodurilor; 2. se verifică la timpul t cât este nivelul apei (in lac de exemplu); 3. se parcurge lista de noduri și se verifică dacă sunt submersate; 4. dacă da, atunci se scriu într-un fișier de tipul celui descris pentru mișcarea permanenta. Dacă nu avem apă în aval și nu avem nici un fel de condiție de margine pe al doilea parament, apare o problema implicita metodei elementului finit (implicit toate laturile pe care nu sunt definite condiții de margine sunt considerate impermeabile). Pentru a elimina acest inconvenient pe nodurile paramentului aval se definește valoarea presiunii apei în pori egala cu presiunea atmosferica. Considerată egală cu „0” sarcina hidraulică pentru aceste noduri devine egală cu coordonata nodului după axa „y”. [7]

Metode de calcul

Calculul a fost condus considerand urmatoarele metode de calcul analitic:

Metoda Dupuit pentru acvifer sub presiune si raza echivalenta a grupului de puturi;

În figura 2.6 se notează cu ab curba de infiltrații care în aceasta metodă este considerată a fi locul geometric sub care are loc curgerea. Debitul infiltrat se calculează cu relația lui Darcy q = kiA . Dupuit [27] (1863) consideră că panta hidraulică corespunde pantei calculată la nivelul curbei de infiltrații și nu variază pe adâncime i = dz / dx .

Fig. Model de calcul infiltratii prin metoda Dupuit

2) Metoda Dupuit pentru acvifer sub presiune modificat de Forhheimer pentru a considera efectul de grup;

Fig. Put total in acvifer sub presiune

3)

Metoda cumulativa a descarcarilor, considera suprapunerea liniara a efectului descarcarilor fiecarui foraj in punctul de observatie (centrul tunelului in dreptul peretilor mulati)

Efectul ecranului de pereti mulati nu este luat in considerare de nici una dintre metode, insa acest lucru are un efect favorabil (este avantajos).

Considerand debitul Qw pentru fiecare put se estimeaza lungimea udata a filtrului utilizand formula empirica Sicart’s:

Lw=Qw/(24.91∙rw∙(k)0.5)

Unde rweste raza putului si k este permeabilitatea acviferului.

Ipoteze si date de intrare

Calculul a fost facut pentru statia Favorit. Straturile necoezive (strat 3 : “Pietrisuri de Colentina”) sunt considerate continue hidraulic, de aceea se considera o grosime medie de acvifer de 20 m.

In tabelul urmator sunt prezentate valorile de transmisii si permeabilitatii prevazute in proiect pentru incercarile de pompare in trepte si pe termen lung : la Favorit valorile de transmisie sunt egale cu 4,1×10-3m2/sec (proba pe termen scurt) e 1,5×10-3m2/sec (proba pe termen lung), din care se obtine, considerand o grosime acvifer de 20 m ,si valori de permeabilitate indicate in tabelul urmator :

Raza de influenta a epuismentului este calculata cu formula Sichart’s considerand o valoare a denivelarii de 6,6 m (latura Drumul Taberei 34) si 6,0m (latura Orizont):

Latura spre Drumul Taberei 34: R0=3000∙ΔH∙(k)0.5=170m

Latura spre Orizont: R0=3000∙ΔH∙(k)0.5=160 m

Puturile au un diametru de 70 cm, corespunzator cu puturile executate in statii. Un rand de trei puturi este prevazut pe fiecare capat de statie: unul central , intre cele doua tunele, si doua lateral.

Rezultate

Consolidari cu piloti plastici

Cu un nivel al acviferului coborat sub fundul sectiunii excavate, consolidarea frontului de sapatura se face cu un perete de piloti plastici realizati imediat in spatele diafragmelor de capat al statiilor. In speta, pentru fazele de iesire TBM din statie, ecranul va fi reprezentat de doua randuri de piloti cu diametrul de 1,00m, realizati la interaxe de 1,20m si dispusi joantiv.

Pentru intrarea TBM in statie, ecranul va fi constituit de un singur rand de piloti cu diametrul de 1,00m, la interaxe 0,90m; acest fapt e posibil intrucat, inaintea demolarii diafragmelor statiei, TBM va fi pozitionat cu capul pe peretele de piloti, pentru a anula impingerea terenului din spatele acestora. In cele ce urmeaza se dau verificarile elaborate pentru dimensionarea interventiei de consolidare cu piloti plastici.

Materialul utilizat pentru coloanele plastice este betonul amestecat cu bentonita cu rezistenta medie de cel putin 8 MPa, cu urmatoarele caracteristici:

Rezistenta la compresiune de calcul (UNI-EN 1992-1-1:2005, punct 3.1.6),

fck = 0.7×8 = 5.6MPa

fcd = 0.85×5.6/1.5 = 3.099MPa

Rezistenta la intindere de calcul (UNI-EN 1992-1-1:2005, punct 3.1.6),

fctd = 0.7x fctm /1.5 = 0.7x 0.3x (5.62/3)/1.5 = 0.39MPa

Pe zona de capat dinspre Drumul Taberei 34, de pe Linia 2, datorita prezentei unui canal edilitar, s-au utilizat coloane plastice armate cu bare VTR (fibra de sticla).

Vedere in plan, latura dinspre Drumul Taberei 34 si vedere armatura VTR

Vedere in plan, latura dinspre Orizont

Parametrii terenului considerati sunt pentru stratul 2 “complex argilos-nisipos superior” care e prezent pana la 13.0 m de la suprafata, adica in intregime deasupra generatoarei superioare a tunelului.

Pentru stratul 2 avem urmatoarele caracteristici:

Se utilizeaza metoda de verificare a stabiliatii propusa de E.Tamez (1985), care prevede mobilizarea unui volum de teren in spate pe o lungime de :

l = h x tan (45°-Ø/2) = 4.11m.

Factorul de siguranta se calculeaza cu urmatoarea expresie:

In cazul galeriilor artificiale se poate considera:

Cu m2 si m3 care reprezinta rezistentele tangetiale unitare care actioneaza pe prismele 2 si 3 din figura. Considerand faptul ca interventia de consolidare cu piloti plastici include tot volumul de verificare dupa Tamez, valorile coeziunii in formulele de calcul ale m2 si m3 sunt luate ca egale cu coeziunea terenului neconsolidat.

KA e coeficientul de impingere activa egal cutan² (45°-Ø/2)

Valoarea coeziunii se calculeaza considerand terenul consolidat cu piloti plastici pentru care din caracteristicile mecanice desrise, ca si coeziune si unghi de frecare avem:

De aici:  = 51°

c’ = 3.099 x (1-sin 51°)/(2xcos51°)= 0.709 Mpa

c’d = 0.709 Mpa / 1.4 = 0.507 Mpa

Aceasta valoare a coeziunii se raporteaza la procentul de volum consolidat, deci valoarea coeziunii de calcul va fi egala cu media ponderata in baza ariilor intre caracteristicilor terenului si cele ale pilotilor.

Se obtine astfel in baza ariei tratate date precedent:

cd = [0.0071/1.4x(4.11×8.2)+0.507x(13×0.78)]/(4.11×8.2+13×0.78)= 0.1230 Mpa = 12.30t/m²

Factorul de siguranta limita recomandat pentru valorile coeziunii:

c = 12.52 t/m² > 0.3 x x z = 0.3 x 2 x 7.45= 4.47

Conditia necesara de verificare este: Fs> 2

Se obtine un factor de siguranta : Fs = 2.62

Relatia se verifica.

Consolidari piloti armati cu VTR

Pe capatul dinspre statia Drumul Taberei 34, pe firul 2, datorita prezentei unui canal edilitar, se va realiza consolidarea cu piloti din beton bentonitic cu diametrul de 1.0m si lungimea de 10.0m, armati cu bare VTR (fibra de sticla). Acesti piloti sunt in numar de 7 buc. si vor fi dispusi pe un singur rand, cu inter-axul de 1.10m.

Potrivit stratigrafiei date anterior se considera ca solicitarea actioneaza pe pilot doar in urma activarii starii de impingere activa in teren in spatele pilotilor ca efect al demolarii partiale a diafragmelor de capat statie care intersecteaza diametrul excavatiei.

Pilotii se considera direct contrastati de teren in partea incastrata in teren cu o inaltime libera egala cu inaltimea maxima de demolare ovvero 6.70 m.

Partea de pilot incastrata in teren a fost considerata legata printr-o legatura elastica cu rigiditatea k = 25000 kN/m3.

Rezistenta la compresiune si intindere a betonului

Conform EN 1992-1 și anexa națională SR EN 1992-1-1-NB rezistenta caracteristica betonului e definita în tabelul următor:

unde:

Rck Rezistenta caracteristica la compresiune a betonului pe epruvete cubice la 28 zile

fck Rezistenta caracterestica la compresiune a betonului pe epruvete cilindrice la 28 zile

fcm Valoarea medie a rezistentei la compresiune pe cilindru pentru beton

Rezistenta de calcul la compresiune fcd = cc·fck/C

Rezistenta axiala de calcul fctd = ct·fctk,0.05/C

unde:

C e factorul partial de siguranta pentru beton = 1.5 (permanent & temporar

Cc/ct e coeficientul care tine cont de efectele pe termen lung asupra rezistentei la compresiune/axiala si a efectelor nefavorabile rezultate din felul in care este aplicata incarcarea. Valoarea recomandata a Cc and ct este 1.0, conform Anexei Nationale.

Conditii in SLE

Pentru calculul noilor structuri se foloseste conditia SLS:

Elasticitatea betonului si limitarea solicitarilor

unde:

Ecm Modul secant elasticitate beton

Coeficientul lui Poisson

 coeficient dilatare termica

Conform EN 1992-1 și anexa națională SR EN 1992-1-1-NB efortul de compresiune în beton este limitat, în scopul de a evita fisurile longitudinale, micro-fisuri sau un nivel ridicat de fluaj, în cazul în care acestea ar putea duce la efecte inacceptabile asupraîn funcție de structura.

(1) Combinatie de incarcari caracteristica c k1 fck = 0.60 fck

Barele din fibra de sticla utilizate aici sunt bare Rockworm, realizate intr un process care nu frezeaza barele pentru a obtine aderenta mai buna, produse de ATP srl Angri (SA). Acest proiect este valid doar pentru acest tip de produs. Tabelul arata pentru barele Rockworm proprietatile mecanice minime furnizate de producator.

Table 0.1proprietati mecanice bare Rockworm

SLU – Moment Incovoietor SLU – Taietoare

La SLU momentul maxim rezultant este egal cu 368.48 kNm, iar solicitarea maxima de taietoare e de 337 kN, pentru fiecare pilot.

Rezistenta la incovoiere MRd a sectiunii de beton, armata cu fibre de sticla, s-a evaluat cu factorul de normare de mediu ηa, in valoare de 1.0 cum sugereaza normele CNR (a) pentru “constructii temporare” cu exploatare mai scurta de 1an.

Rezultatele verificarii la incooiere sunt date in tabelul urmator.

Rezistenta la forfecare a peretilor

Pentru taietoare, in pereti s-au montat etrieri inchisi din fibra VTR Ø22. verificarea e satisfacuta daca VRd≥VULS

Rezultatele se afla in tabelele urmatoare, unde d este distanta de la fibra comprimata extrema la centrul zonei de armare inTabel, ρf procentul geometric de armare de maxim 0.02 si Afw aria totala de armare pentru taietoare data de produsul ariei bratului etrierilor si numarul de brate.

Factorul de mediuηaegalcu 1 .

Nota: etrierii inchisi 22, produsi de ATP srl Angri (SA), prin rasucirea fibrei de sticla pe un cadru de un numar suficient de ori pentru a obtine o sectiune corespunzatoare 24 In acest fel, etrierul ootinut este un element continuu structural.

De aceea e corect sa vorbim de “echivalent” diametru al etrierului (se poate verifica usor cu metodele prin imersiune date de ACI 440.3R-04 PART 2 Method B.1 or CNR DT 203 Appendix B p. 27).

Rezultatele verrificarii la incovoiere sunt date in tabelul urmator:

Cerinte in exploatare

Data fiind perioada scurta de viata a barelor VTR, calculul fisurilor va fi omis, asa ca verificarile asupra solicitarii in bare la SLS sunt cerute. Aceste verificari se vor face pentru barele cele mai solicitate, si sunt date in tabel cu solicitarea maxima admisa f,limit, calculat conform CNR . Din nou, un factor de mediu ηaegal cu1.

SLE – Moment Incovoietor

Momentul maxim rezultant la SLE rezulta egal cu 267.68 kNm pentru fiecare pilot.

Din solicitarile de incovoiere in stare limita de exploatare rezulta :

Tabee SLS verificari: maximum solicitare pentru bare din fibra

Generalitati asupra Break in/break out

In continuare vom analiza operatiile ce trebuie facute inainte de intrarea TBM-ului in statie, operaie numita in continuare „Break in”.

Situații întâlnite:

Coborârea nivelului pânzei freatice

Complicații:

Soluții întâlnite: -perete din beton simplu

-jet grouting

Modelarea numerica a excavarii unui tunel folosind un scut cu noroi bentonitic:

Galeria unui tunel … este adesea alcatuita din elemente prefabricate ce impreuna alcatuiesc un inel in sectiune transversala.

In timpul executiei unei galerii, TBM-ul, ramane pe loc. Odata ce un inel de tunel a fost ansambla si inchis, se reia excavatia, pana cand solul forat, este suficient pentru a ansambla un nou inel. Ca si rezultat, procesul constructiv poate fi impartit in etape de lungimea unui inel de tunel (in cazul nostru.. .. ). In fiecare din aceste etape, aceasi pasi sunt repetati in continuu.

Pentru a modela numeric acest lucru, putem folosi o geometrie ce consista in felii de ….m fiecare (latimea unui element prefabrica).

Calculul consista in intr-un numar de etape de calcul Plastic, fiecare reprezentand aceleasi parti ale procesului de excavatie.

Presiunea in frontul tunelului este necesara penru a preveni cedarea acestuia.

Forma conica a scutului TBM ului

Evacuarea solului si a apei din pori prin interiorul TBM ului

Instalarea elementelor prefabricate din beton si umplerea spatiului dintre acesea si seciunea excavata cu jet grouting.

In fiecare etapa, datele pentru calcul sunt aceleasi, cu exceptia pozitiilor acestora, care se vor translatta cu ….. m in fiecare faza de calcul.

Geometria medelului:

In prezenta lucrare am modelat o singura jumatae simetrica a scutului. Spatiul de lucru 20m sub cota zero a terenului, 20 m sub galeria de tunel, si 80m in profunzimea excavatiei,

CAPITOLUL 4: Contribuții și concluzii

Analize facute:

Coborarea nivelului freatic

Cazul solului imbibat cu apă

Cazul solului în absența apei

Cazul situației cele mai defavorabile

Rezultatele calcului :

Concluzii:

Piste de urmat in cercetare aprofundata :

Pentru a evita : Leca 2007 [5]

Potrivit lui Leca(2007) putem identifica cu usurinta o serie de recomandari pentru a inbunatati comportamentul actorilor implicati in realizarea lucrarii, astfel:

La nivelul Beneficiarului si al Inginerului:

Organizarea preliminara a inspectiilor si studiilor de specialitate

Realizarea unor studii bine documentate

Setarea unor limite pertinente pentru tasari

Partajarea informatiilor inca din procesul de licitatie

La nivelul Antreprenorului:

Furnizarea asistentei necesare in timpul constructiei

Setarea unor borne de control

La nivelul companiilor de asigurari:

Obtinerea unei claritati tehnice in apararea cazurilor aparute

Obligativitatea analizelor de risc inainte de incheierea licitatiei de atribuire

Realizarea unor informari amanuntite in evaluarea litigiilor

[5]

Evaluarea riscului in cadrul Magistralei 5- Bucuresti : [6]

Aplicarea acestor tehnologii in scopul de a atinge anumite tinte specifice, necesita uzanta unei metodologii. Aceasta metodologie denumita de catre specialistii italieni (bblio 2) PAT (Plan pentru Avansul Tunelului), este bazata principiile Managementului Riscului ilustrat in figura…. .

Un Plan de Management al Riscului (PMR) este o componenta esentiala a PAT care implica secvential urmatorii pasi:

Idenificarea riscului

Cuantificarea riscului

Primul raspuns la riscul idenificat ( alegeri corecte in proiectare/executie)

Evaluarea riscului rezidual

Predefinirea conramasurilor la riscul residual

Cu alte cuvinte , inainte de a incepe cu proiectarea si executia unui tunel, primul pas este de a identifica toate cauzele posibile in ce priveste procesul de excavatie (geologie, proiectare,, constructie). Ulterior, trebuie evaluata oporunitatea producerii acestora si potentialele consecinte(impact si distrugeri).

Al doilea pas este de a decide daca nivelul riscului implica masuri de atenuare a acestuia. Daca sunt necesare atenuari, un ultim pas ar fi ca acestea sa fie proiectate, in eventualitatea in care acestea vor fi activate in timpul executiei.

…….

[6]

.

Bibliografie:

(Referințe bibliografice. Listarea, de obicei în ordinea alfabetică, a autorilor, a principalelor surse de documentare privind elaborarea lucrării de disertație (atât pentru partea teoretice-metodologică precum și pentru partea aplicativă);

Site pentru citatii MLA : http://www.citationmachine.net/mla8/cite-a-book/manual

1.Cozmei, Victor. Planul Zonei Accidentate. Digital image. N.p., 14 Dec. 2015. Web. 16 May 2016. <http://monitorizari.hotnews.ro/stiri-infrastructura_articole-20665433-intamplat-metrou-surpat-pamantul-eroilor-acolo-unde-sapa-cartitele-magistrala-5.htm >.

2. Italrom, RR MS SG. “Breviar de calcul -Lucrari Iesire TBM– vol. 7. Consolidare teren” 2013.

3. I.CO.P. s.p.a., Apa Canal 2000.“Colector Principal De Ape Pluviale Prin Sistem De Tunele – Studiu Tehnic.”, Pitesti, 2009.

4. Prof. dr. ing. Dan Stematiu.“Alcătuire Constructivă, Calculul Sprijinirii Și Cămășuelii – Faza 2.” UTCBucuresti, Iulie 2013.

5. Dr. Eric Leca. Settlements Induced by Tunneling in Soft Ground. Praga, ITA/AITES, 2007.

6. Grasso, Piergiorgio. Mechanized Tunnelling in Urban Areas. Taylor&Francis, Londra, 2007.

7. Ing. Botoș, Marius.“Contribuții La Studiul Comportării În Exploatare a Barajelor Cu Acumulări Nepermanente În Varianta Transformării În Acumulări Permanente .”Teza Doctorat, UP Timisoara, 2013.

EXEMPL

Benjamin, J. R. & Cornell, C. A. – Probability, statistics and decisions for civil engineers, John Wiley, , 1970

Ditlevsen, O. & Madsen, H.O. – Structural Reliability Methods. Monograph, (First edition published by John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 1996, ISBN 0 471 96086 1), Internet edition 2.2.5 http://www.mek.dtu.dk/staff/od/books.htm, 2005

Park, Y.-J & Ang, A. H.-S.- Mechanistic seismic damage model for reinforced concrete. Journal of Structural Engineering. ASCE vol. 111 (4): 722-739, 1985

EN 1991-1-4, Eurocode 1: Actions on Structures – Part 1-4 : General Actions – Wind Actions, CEN, 2005

*** COSMOS/M – Finite Element System, User Guide, 1995

ANEXE:

(Anexe. Cuprind orice materiale relevante pentru lucrarea de disertație dar a căror includere în corpul lucrării îngreunează parcurgerea lucrării sau creează sincope de percepere a acesteia. Aici intră:

Tabele cu date și prelucrări;

Produse grafice ample;

Rezultate ale programelor de calcul rulate în cadrul lucrării. )

Anexa 1: Coperta lucrării de disertație

Anexa 2: calcul epruismente [2] :

Latura spre Drumul Taberei 34

Debitul de apa pe put astfel incat sa se coboare nivelul apei cu 1 m sub nivelul inferior al tunelului trebuie sa fie de 4,2l/s. Metoda cumulativa a depresurizarilor duce la valorile cele mai mari pentru debit. Data fiind variabilitatea parametrilor care influenteaza modelul analizat, se considera debitul de calcul cu o valoare de 6,3l/s.

Lungimea minima udata este de 5,0m. S-a adoptat un sistem de 3 puturi de epuisment de 21,9 m cu filtru de 9,5 m pentru a cobora nivelul apei conform cerintelor, in functie de faptul ca lungimea minima a zonei filtrante se refera la partea filtrului umed al tubului in conditii in care nivelul apei subteran este mai coborat,precum si prezenta,in lungul vertical al putului, a straturilor si intercalarilor de teren cu permeabilitate redusa.

Latura spre Drumul Taberei 34

Latura spre Orizont

Debitul de apa pe put astfel incat sa se coboare nivelul apei cu 1m sub nivelul inferior al tunelului trebuie sa fie de 3,8l/s. Metoda cumulativa a depresurizarilor duce la valorile cele mai mari pentru debit. Data fiind variabilitatea parametrilor care influenteaza modelul analizat, se considera debitul de calcul cu o valoare de 5,7 l/s.

Lungimea minima udata este de 4,5m. S-a adoptat un sistem de 3 puturi de epuisment de 24,5m cu filtru de 12,5 m pentru a cobora nivelul apei conform cerintelor, in fuctie de faptul ca lungimea minima a zonei filtrante se refera la partea filtrului umed al tubului in conditii in care nivelul apei subteran este mai coborat,precum si prezenta,in lungul vertical al putului, a straturilor si intercalarilor de teren cu permeabilitate redusa.

Latura spre Orizont

Se recomanda ca sistemul de pompare sa activeze pe o perioada de maxim 2 luni pentru a avea cedari induse, cauzate de coborarea acviferului, in limita valorilor admisibile pentru cladirile existente in aria de influenta a sistemului de pompare.

Specificatii tehnice puturi de epuisment si piezometre de control

In ce priveste specificațiile tehnice ale puturilor de pompare, din experiența acumulată cu realizarea testelor de pompare permite calibrarea caracteristicilor puțurilor astfel:

Adâncime foraj: 21.9 m (latura spre DT34)

24.5 m (latura spre Orizont);
Diametru Foraj: 700 mm;
Tuburi: otel 300 – gr. 5mm;
Pompă submersibilă, cu un debit nominal de 15 l / sec;
lungime filtru:

(latura spre DT 34) 12.4 m (-9.50 -21.90 m de la n.t.).

(latura spre Orizont) 12.0 m (-12.50 -24.50 m de la n.t.).
In figura 9 este data schema tip a puturilor propuse spre a fi realizate;

Figura 9: Schema tip put epuisment

Tubulatura prevazuta va fi dupa cum urmeaza pentru latura spre Drumul Taberei 34:

Dela 00,00 m la 9,50 metri: Tub etans din PVC DN300

De la 9,50 m la 21,90 metri: Tub microfisurat din PVC DN300

Dela 21,90 m la 22,90 metri: Tub etans din otel DN300

Tubulatura prevazuta va fi dupa cum urmeaza pentru latura spre Orizont:

Da 00,00 m a 12,50 metri: Tub etans din PVC DN300

Da 12,50 m a 24,50 metri: Tub microfisurat din PVC DN300

Da 24,50 m a 25,50 metri: Tub etans din otel DN300

In cazul in care forajul traverseaza doua acvifere, coloana instalatiei va include o parte inferioara etansa, filtrul pentru acviferul inferior, o parte intermediara etansa, filtrul pentru acviferul superior, portiunea terminala etansa; cele doua acvifere vor fi separate prin cimentare.

Este prevazuta adoptarea unui filtru perforat cu deschiderea L = 0,75 mm si cu coeficient de deschidere (F) = 5,8%.

Formarea filtrului invers intra peretele forajului si tubul filtrant se va face prin folosirea materialului uscat; pentru definirea diametrelor caracteristice ale drenului se considera, pe baza rezultatelor analizelor granulometrice efectuate, un coeficient de uniformitate U = 17,5 > 4 pentru care se ia un diametru al agregatelor cuprins intre 2 si 7 mm, compatibil cu dimensiunile existente pe piata.

Considerand pentru reteta drenului curba granulometrica optimala cu U=2,5 se atribuie urmatoarea distributie:

D10 = 1,2mm;

D30 = 2,8mm;

D50 = 3,0mm;

D80 = 7,0mm.

Anexa 2: Profilul geologic longitudinal al terenului

Anexa 3: Tema lucrării

Anexa 4: Declarație de onestitate

Structura logica a disertatiei

Introducere: nu stiu ce sa scriu si despre ce sa scriu

O sa scriu despre evenimentul din 30.11.2015 – Surparea carosabilului in zona eroilor sanitari.

Vorbesc de tunele urbane in general,

Apoi despre metode de realizare

Nevoia excavatiilor mecanizate in aglomeratiile urbane a crescut in mod continuu in ultimele doua decenii, in special ca rezultat al expansiunii globale in ce privesc numarul tunelelor necesare pentru metrou, pasaje subterane, si autostrazi urbane.

Haosul associat cu constructia unui tunel in mediul urban include: conditii geologice slabe, nivelul inalt al panzei freatice si tasari diferentiate induse de tunelier cu potentialul de a destabiliza sructurile si utilitatile de la suprafata.

Apoi ma axez pe cele executate cu metoda scutului Vorbesc de metoda scutului

Vorbesc despre break in si break out

Vorbesc de problemele ce pot sa apara la intrarea si iesirea scutului in statie

Cazul braila

Cazul eroilor

Vorbesc de cum se pot ameliora aceste probleme : metode: jet grouting, etc

Evaluarea riscului in aceste cazuri

Cum as putea sa evaluez riscul la Eroilor 2 (poze cu magistrala 5 eroilor https://www.slideshare.net/metrorex/magistrala-5-cea-mai-mare-investitie-din-bucuresti-din-ultimii-20-de-ani )

Tehnologii speciale au fostt dezvolate pentru a controla stabilitatea in front si a galeriei, pentru a minimiza tasarile de la suprafata.

Modelare numerica a situattiei de la Eroilor cu ajutorul Plaxis

Ce este programul si cum functioneaza

Plaxis este un program numeric avand la baza metoda elementului fini, dezvoltat specific pentru analiza deformatiilor, stabilitatea si curgere in proiectele de inginerie geotehnica.

Interfata grafica simpla permite o generare rapita a modelelor complicate cu ajutorul elemetelor finite. Calculul in sine este automatizat, si are la baza proceduri numerice robuste.

……….

Care sunt parametri introdusi si limitele proiectului

Bibliografie

Anexe

Stratificatia litologica longitudinala a statiei

Pagina alba

Vizita profersor : 29.06.2018

1 iulie ……………………………….1 august ………………………………1 septembrie

In general :

Pitesti pype jacking microtunel – canalizare – circulare, dreptunghiulare

Leblay ( BI BO ) diverse

Braila ( documentare profesor)

Intr – cuprin- incheiere ( consolidare de suprafata

Consolidare de interior ( Braila fi 3m

Boanca (lacul morii) – nivelul apei sus

Aspecte la fel ( curs tunele an 4

Solutii:

Coborarea nivelului apei

Teren ( prabusire sau nu ? – ce masuri – coloane

Injectii front

Coborare nivel panza

Consolidare pe o lungime egala cu scutul

Nivel apa – desupra scutului

Scenarii

Solutii de consolidare:

intrare / iesire

Umbrela Braila

Sinteza

Probleme

Cum sunt rezolvate

Pitesti

Lacul morii

Prezint caz uri :

Initial

Prabusire – consolidare intrand aer comprimat

Consolidare la iesire

Poza schita

Calcul : modelare