Preintampinarea Producerii Accidentelor In Cazul Sprijinirilor Excavatiilor Adanci
LUCRARE DE DISERTAȚIE
Cuprins
Cuprins
I. Preîntâmpinarea producerii accidentelor în cazul sprijinirilor excavațiilor adânci
I.1. Generalități
I.2. Accidente produse în cazul sprijinirii excavațiilor adânci
I.3. Factorii de natură tehnică care pot conduce la accidente
I.3.1. Analiza geotehnică a situațiilor de proiectare
I.3.2. Programele de calcul utilizate în domeniul ingineriei geotehnice pentru calculul sprijinirilor
I.3.3. Execuția, supervizarea și monitorizarea lucrărilor de sprijin
I.4. Factorii non-tehnici
I.5. Măsuri preventive pentru preîntâmpinarea cedării sprijinirilor
II. Sisteme de sprijinire utilizate în mod uzual
II.1. Generalități
II.2.Tipuri de sprijiniri
II.2.1. Sprijinirea de tip berlinez
II.2.2. Palplanșele metalice
II.2.3. Pereți îngropați realizați din piloți forați
II.2.4. Pereți îngropați realizați din pereți mulați
III. Prescripții de proiectare
III.1. Prevederi generale
III.2. Sprijinirile de tip mixt
IV.Studiu de caz privind lucrările de sprijinire la o incintă de excavație adâncă
IV.1. Generalități
IV.2. Descrierea obiectivului
IV.2.1. Condiții de amplasament.
IV.2.2. Condiții geotehnice
IV.2.3. Date hidrogeologice și climatice generale
IV.2.4. Date geologice preliminare
IV.3. Soluția de sprijinire propusă
IV.3.1. Descrierea soluției de sprijinire
IV.3.2. Elemente de calcul a structurii de sprijin
IV.4. Monitorizarea execuției lucrărilor
IV.4.1. Generalități
IV.4.2. Montarea inclinometrului, citirea și interpretarea datelor
V. Concluzii
VI. Bibliografie
I. Preîntâmpinarea producerii accidentelor în cazul sprijinirilor
excavațiilor adânci
I.1. Generalități
Sprijinirea excavațiilor adânci în spațiul urban reprezintă un domeniu al ingineriei geotehnice care este deosebit de important, deoarece, de cele mai multe ori, o lucrare intenționat simplă se dovedește a fi o lucrare foarte complexă, în special din cauza caracteristicilor amplasamentului, unice de la o lucrare la alta.
Chiar dacă această lucrare reprezintă numai o lucrare de finalizare a studiilor de master în domeniul geotehnicii, ea va încerca să expună și să trateze, în cadrul acestui capitol, una dintre problemele de actualitate a acestui domeniu și anume: Accidentele de natură geotehnică.
În urma unei analize amănunțite a literaturii de specialitate am descoperit un articol ce făcea parte dintr-o dezbatere în domeniul geotehnicii, în care apărea o întrebare simplă, dar provocatoare, și anume: "Accidentele de natură geotehnică – Se întâmplă, dar le putem împiedica să se întâmple?"1. Tema dezbaterii poate fi împărțită în două întrebări ale căror răspunsuri să difere foarte mult ca dificultate. Prima întrebare este o întrebare simplă: "Se întâmplă?"2, răspunsul este foarte simplu și clar, și acesta este: "Au existat multe accidente de natură geotehnică, la scară mai mare sau mai mică, acestea sunt fapte de viață. Cu toate acestea, o mare parte dintre aceste accidente nu au fost expuse celor din exterior, părțile implicate, de obicei, au încercat să rezolve problemele în liniște între ele."3 Cu toate acestea, pentru a răspunde la: "Le putem împiedica să se întâmple?"4, este o sarcină dificilă, deoarece răspunsul nu mai este simplu și clar. Pentru aceasta este nevoie de o investigație aprofundată a cauzelor producerii accidentelor, pornind de la raportul de investigare a terenului, la documentația de proiectare, execuție și supraveghere a proiectului, la problema non-tehnică, care, de obicei, a fost inițiată de politica estimării unor costuri prea mici de realizare a proiectului.
Un bun specialist în acest domeniu este mereu pregătit să învețe din greșeli, urmărind să analizeze datele din proiect și să efectueze o analiză completă a celor întâmplate. Un accident de natură geotehnică este întotdeauna o bună lecție de învățat din viața reală pentru ingineri, pentru a putea înțelege și pentru a putea obține o perspectivă mai largă asupra problemelor geotehnice și pentru a-și spori cunoștințele.
În cadrul acestui capitol voi încerca să prezint, în rezumat, câteva dintre accidentele geotehnice cele mai cunoscute la nivel mondial, mai ales cedarea sprijinirilor unor excavații adânci, voi analiza atât cauzele tehnice cât și cauzele non- tehnice ale accidentului iar în final voi recomanda câțiva pași de urmat pentru a împiedica apariția unor asemenea evenimente nefericite.
1 Gouw Tjie-Liong “Deep excavation failures, can they be prevented?” p.1
2 Gouw Tjie-Liong Ibidem p.1
3 Gouw Tjie-Liong Ibidem p.1
4 Gouw Tjie-Liong Ibidem p.1
I.2. Accidente produse în cazul sprijinirii excavațiilor adânci
O analiză insuficientă a unei excavații deschise, adesea executată pentru realizarea unor construcții subterane, poate duce la cedarea versantului care de asemenea poate duce la exercitarea unor forțe laterale mari asupra piloților puși în operă, ducând în cele din urmă la cedarea acestora. Ca urmare a unei astfel de cedări a terenului vor trebui realizate din nou lucrările de sprijinire.
Încastrarea pe o lungime insuficientă a unor palplanșe de oțel, ar putea duce la o deplasare excesivă a bazei sprijinirii care, cel mai adesea, va duce la cedarea întregii lucrări. Aceast tip de cedare ducând în majoritatea cazurilor la o cedare bruscă și masivă a terenului din spatele structurii de sprijin. Dacă acest eveniment ar avea loc lângă utilități și construcții adiacente, atunci va trebui luată în calcul și prăbușirea acestora.
Presiunea indusă de un pământ moale a fost de foarte multe ori calculată în mod eronat, ca rezultat un perete de sprijin realizat din palplanșe metalice a fost un eșec total, ducând la distrugerea unui drum adiacent și la întreruperea traficului în zonă, în Indonezia în anul 1995. S-a încercat oprirea alunecării terenului prin instalarea unor piloți realizați din profile metalice tubulare, cu diametrul de 60 cm. Secțiunea tubulară era umplută cu beton, însă nu nici această soluție nu a fost una adecvată. Piloții tubulari au suferit o înclinare de aproximativ 30 grade. Trebuie înțeles că, odată ce mișcarea terenului depășește tensiunea admisibilă a acestora, va fi foarte dificil să stopăm deplasarea terenului.
Toate accidentele prezentate mai sus au avut loc în argile de la foarte moi la moi, culoarea acestora fiind de la gri la neagră. De asemenea cedarea pereților de sprijin poate avea loc și în argile consistente spre tari. În acest caz am avut de-a face cu excavație de 16 m, iar stratul de la 9 m în jos era un nisip cimentat, numărul de lovituri la încercarea SPT a fost de aproximativ 60, inginerul a decis sa sprijine doar partea superioară a excavației executând piloți cu diametrul de 40 cm, pe o lungime de 9 m și la interdistanțe de 1.25 m. Sistemul de sprijinire nu s-a dovedit a fi unul eficient deoarece pamântul aflat deasupra nisipului cimentat a cedat iar grinda de rigidizare și piloții forați s-au deplasat excesiv, în cele din urmă realizându-se ruperea acestora.
Un alt caz nefericit este o excavație realizată deficitar care a condus la
prăbușirea unei clădiri de 13 etaje în China. De asemenea, în Indonezia, în 1990-
1991, un eveniment similar s-a petrecut, combinat cu ignoranța în anticiparea efectului pe care realizarea piloților Franki îl va avea asupra construcțiilor învecinate, împreună cu incapacitatea de a interpreta testele de încărcare ale piloților au provocat înclinarea severă a unei clădiri de 9 etaje. În cele din urmă, clădirea a fost considerat inutilizabilă și a trebuit să fie distrusă în totalitate.
Pe 21 aprilie 2004 a avut loc un grav accident provocat de o excavație deficitară, în Singapore, o țară cu reguli stricte în domeniul construcțiilor. Accidentul a cauzat pierderea a patru vieți, prăbușirea unui pod pietonal, și închiderea totală a traficului de pe o autostradă, și anume autostrada Nicoll. Proiectul presupunea realizarea tunelului pentru o garnitură de tren subterană (Mass Rapid Transit). S-a
realizat o excavație de 33-34m adâncime, protejată cu pereți mulați ce ajungeau până la adâncimea de 44.3m pe cele două laturi ale tunelului, fiind instalate șpraițuri pentru susținerea celor doi pereți.
I.3. Factorii de natură tehnică care pot conduce la accidente
I.3.1. Analiza geotehnică a situațiilor de proiectare
Pe baza accidentelor prezentate pot fi rezumate posibilele probleme tehnice, care de cele mai multe ori sunt uitate, ignorate sau calculate în mod eronat, atât în faza de proiectare cât și în faza de execuție, pornind de la ecuația simplă a teoriei presiunii pământului și până la implementarea datelor proiectului într-un program sofisticat ce lucrează cu elemente finite.
I.3.1.1.Factorul coeziune în formula presiunii pământului
În calculul presiunii pământului care acționează asupra unui sistem de susținere, inginerii folosesc, în general următoarea formulă:
pa ' = kaσv − 2c ' ka
pp ' = kpσv + 2c ' kp
unde: p’a = presiunea activă a pământului, p’p = presiunea pasivă a pământului, ka = coeficientul împingerii active,
kp = coeficientul împingerii pasive,
σv = presiunea dată de sarcina geologică,
c’ = coeziunea în stare drenantă.
Valoarea lui c’ în formulele de mai sus reduce presiunea activă a pământului, iar pe de altă parte crește valoarea presiunii pasive, de aceea supraestimarea valorii coeziunii poate duce la punerea în pericol a siguranței structurii. Trebuie înțeles faptul că în terenuri moi normal consolidate valoarea lui c va fi 0, chiar dacă rezultatele obținute în urma efectuării încercărilor triaxiale vor arăta existența acesteia, cazul probelor nesaturate, fiind recomandat ca și în acest caz valoarea coeziunii să fie tot 0.
În cazul analizei în stare nedrenată a probelor, valoarea coeziunii nedrenate
(cu ) predomină iar valorile coeficienților împingerii pasive respectiv a împingerii
active, kp respectiv ka , pentru pământuri moi sunt egale cu 1, pentru că valoarea
unghiului de frecare internă
φu = 0. Este de notat faptul că rezultatele încercărilor
efectuate arată deseori că
φu > 0, acest lucru întâmplându-se deoarece probele nu
erau într-o stare complet saturată; conținutul de apă reducându-se într-o oarecare măsură în timpul preparării probelor sau în timpul păstrării lor în laborator, în timp ce in situ ele se află, în general, în stare complet saturată.
Un alt factor care trebuie înțeles este faptul că în cazul sprijinirii excavațiilor adânci, valoarea presiunii pasive calculate prin metoda Coulomb va fi supraestimată, de aceea este recomandat să se utilizeze coeficientul împingerii active derivat de Caquot și Kerisel.
Dacă sunt folosite ancoraje sau șpraițuri pretensionate, valorile coeficientului împingerii pământului se vor încadra între valorile coeficienților ka și kp .
I.3.1.2. Presiunea apei
Fluctuația masei de apă subterană din teren trebuie de asemenea investigată. În zonele unde există precipitații excesive, diferența dintre nivelul apei subterane din sezonul secetos respectiv sezonul ploios poate fi de câțiva metri. Atunci când excavația se execută lângă un râu sau pe țărmul mării, va trebui să se țină cont și de influența mareei sau a debitului sezonier al apei asupra pânzei de apă freatică. Estimarea în mod greșit a nivelului apei subterane va conduce la calcularea în mod greșit a presiunii hidrostatice ce va acționa asupra pereților de susținere și poate contribui la o deplasare excesivă a acestora sau în cel mai rău caz la cedarea acestora.
Investigarea apei subterane numai prin intermediul forajelor este total inadecvată și poate conduce la stabilirea unui nivel greșit al apei subterane. O investigare corectă presupune realizarea de puțuri de investigare și de piezometre, instalate în fiecare strat semnificativ. Măsurătorile trebuie să se întindă atât pe perioada sezonului secetos cât și pe perioada sezonului ploios. Existența acviferelor sub presiune, dacă acestea există, poate fi de asemenea identificată. sprijinirii excavațiilor adânci, valoarea presiunii pasive calculate prin metoda Coulomb va fi supraestimată, de aceea este recomandat să se utilizeze coeficientul împingerii active derivat de Caquot și Kerisel.
Dacă sunt folosite ancoraje sau șpraițuri pretensionate, valorile coeficientului împingerii pământului se vor încadra între valorile coeficienților ka și kp .
I.3.1.2. Presiunea apei
Fluctuația masei de apă subterană din teren trebuie de asemenea investigată. În zonele unde există precipitații excesive, diferența dintre nivelul apei subterane din sezonul secetos respectiv sezonul ploios poate fi de câțiva metri. Atunci când excavația se execută lângă un râu sau pe țărmul mării, va trebui să se țină cont și de influența mareei sau a debitului sezonier al apei asupra pânzei de apă freatică. Estimarea în mod greșit a nivelului apei subterane va conduce la calcularea în mod greșit a presiunii hidrostatice ce va acționa asupra pereților de susținere și poate contribui la o deplasare excesivă a acestora sau în cel mai rău caz la cedarea acestora.
Investigarea apei subterane numai prin intermediul forajelor este total inadecvată și poate conduce la stabilirea unui nivel greșit al apei subterane. O investigare corectă presupune realizarea de puțuri de investigare și de piezometre, instalate în fiecare strat semnificativ. Măsurătorile trebuie să se întindă atât pe perioada sezonului secetos cât și pe perioada sezonului ploios. Existența acviferelor sub presiune, dacă acestea există, poate fi de asemenea identificată. Când excavația se realizează lângă surse de apă, cum ar fi: râuri, lacuri, rezervoare etc., trebuie luată în considerare și posibilitatea infiltrării apei în excavație.
I.3.1.3. Infiltrația apei
Infiltrația apei în zona excavată este adesea uitată în analiza stabilității structurii de sprijin. Tipul infiltrațiilor care pot avea loc depind de modul în care se va realiza curgerea apei prin peretele de sprijin.
În cazul excavațiilor deschise și a sistemelor de susținere la care apa poate curge prin perete, cazul sprijinirii de tip berlinez, stabilitatea peretelui poate fi serios afectată dacă curgerea apei se realizează prin pereți sau prin săpătura propriu-zisă. De aceea este foarte important să prevenim curgerea apei subterane prin pereții structurii de sprijin. Pentru aceasta este recomandat a se instala sisteme de drenare a apei subterane perimetral excavației.
Pentru o structură de sprijin impermeabilă, cum ar fi pereți mulați sau piloți secanți, la care baza structurii se află într-un strat permeabil, structura propriu-zisă nu va acționa ca o barieră impermeabilă. Aceasta înseamnă că apa se poate infiltra de la exteriorul structurii de sprijin în interiorul excavației prin stratul permeabil, pe dedesubtul peretelui. Această infiltrație a apei va duce la creșterea presiunilor active ce acționează asupra peretelui de sprijin cât și la reducerea presiunilor pasive. Efectul infiltrațiilor este adesea uitat de inginerii și contractorii fără experiență.
Dacă peretele de sprijin este încastrat într-un strat impermeabil, atunci va exista un dezechilibru între presiunea apei de pe fața activă respectiv fața pasivă, Atunci când baza excavației este impermeabilă, realizată, să spunem prin tehnologia jet grouting, va exista posibilitatea unei umflări a acesteia. De aceea pentru a contracara această forță suplimentară ce va acționa asupra structurii din cauza umflării bazei excavației, este necesar a se calcula grosimea stratului de bază. Ignorarea acestei forțe suplimentare de umflare poate cauza accidente nedorite.
I.3.1.4. Apa subterană sub presiune
Existența unui acvifer sub presiune poate afecta în mod iremediabil stabilitatea unei structuri de sprijin a excavației. Greutatea pământului de deasupra stratului acvifer și frecarea sistemului pământ – structură de sprijin va trebui să reziste forței apei subterane aflate sub presiune, altfel baza excavației putând să cedeze. Acest tip de cedare fiind cunoscut sub numele de fierbere (boiling). La o scară mai mică, infiltrația apei subterane aflate sub presiune va reduce rezistența pasivă a terenului. Prezența neinvestigată a unui acvifer artezian sub excavație este de cele mai multe ori foarte periculoasă.
I.3.1.5. Curgerea pământului
În cazul pământurilor moi poate avea loc fenomenul de curgere atunci când este utilizat ca sistem de sprijinire sistemul de tip berlinez. Acest fenomen putând afecta stabilitatea structurilor adiacente zonei de excavare. Prin urmare, trebuie remarcat faptul că golurile dintre piloți trebuie să fie atât de mici încât să asigure formarea fenomenului de boltire care va împiedica trecerea pământului printre piloți.
I.3.1.6. Înfoierea terenului
În cazul excavațiilor șprăițuite, este un lucru comun ca inginerul proiectant să ia în calcul înfoierea terenului în cazul unei cedări. Acest mod de cedare a terenului poate avea loc din cauza greutății coloanelor de pământ, aproximativ 70% din lățimea excavației, pe părțile laterale ale săpăturii împingând în interior pământul de la partea inferioară. Dacă capacitatea portantă a terenului de sub zona excavată nu poate prelua presiunea indusă de greutatea coloanei de pământ atunci poate apărea cedarea terenului prin înfoiere.
I.3.2. Programele de calcul utilizate în domeniul ingineriei geotehnice pentru calculul sprijinirilor
Dezvoltarea tehnologiei, a făcut ca deținerea unui computer personal să nu mai fie un lux, ci să devină o necesitate. Fiecare consultant, antreprenor, cât și aproape fiecare gospodărie posedă un calculator. Cu toate acestea, unul dintre efectele negative ale acestui fapt este că prea mulți oameni se bazează mult prea mult pe programul de calcul automat. Este foarte comun ca inginerii să creadă că rezultatele obținute în urma analizei pe calculator reprezintă soluția corectă, în special acei ingineri cu puține cunoștințe și fără experiență în proiectarea geotehnică. Pentru a face economii, antreprenorii care dețin programe de calcul geotehnic sofisticate, cum ar fi : PLAXIS, CRISP, SIGMA, FREW, WALLAP, MIDAS, etc., au crezut că deținând aceste programe nu mai este nevoie să consulte un specialist geotehnician sau un expert geotehnician. Realizând sau nu, ei cred că inginerii pe care i-au trimis să ia parte la cursurile de scurtă durată de utilizare a programelor de calcul automat sunt destul de capabili ca să poată proiecta o structură geotehnică complexă. Se poate spune despre ei că au uitat o zicală celebră în domeniul
computerelor și aceasta este: “Dacă introduci gunoi, gunoi va ieși.”5
Greșelile frecvente sunt următoarele:
5 Gouw Tjie-Liong “Deep excavation failures, can they be prevented?”
– Utilizarea greșită a unui model: Există mai multe modele disponibile pentru analiza geotehnică a pământurilor, de exemplu: modelul Mohr-Coulomb (modelul elasto-plastic), modelul pământului moale (pământul moale, fenomenul de curgere al pământului moale, și stările critice ale pământului moale), modelul Hardening Soil etc. Fiecare dintre aceste modele au propriile lor slăbiciuni, rezistențe și posibilități de aplicare asupra unei probleme particulare. Alegerea unui model greșit poate duce la o estimare eronată a performanței structurii geotehnice. Modelul Mohr-Coulomb este cel mai aplicat, fiind o simplicare a comportamentului nelinear al terenului într-un comportament bilinear. Acest model nu ia în calcul nici dependența tensiunilor, nici dependența liniară a tensiunilor funcție de rigiditatea pământului. În general, atunci când factorul de siguranță se consideră a fi mai mic de doi, rezultatele obținute în urma adoptării acestui model sunt nesigure. Modelul Hardening Soil încorporează atât încărcarea geologică a pământului cât și deformația funcție de rigiditatea acestuia, cu toate acestea nu ia în considerare înmuierea datorată dilatației. Acest model se consideră a fi un model relativ bun pentru a fi utilizat în cazul structurilor de sprijin ale excavațiilor adânci. Modelul pământului moale este recomandat a fi folosit în cazul în care terenul este supus predominant la compresiune, nefiind recomandat în cazul proiectării structurilor de sprijinire ale excavațiilor.
– Utilizarea greșită a parametrilor de rezistență ai pământului: Utilizarea rezistenței la forfecare drenate pentru starea nedrenată și vice-versa. Adoptarea greșită a parametrilor de rezistență la forfecare. Determinarea greșită a rigidității pământului. Supraestimarea acestor valori poate duce la situații periculoase.
– Modelarea greșită a stării nedrenate în cazul metodei Mohr-Coulomb.
Trebuie notat că în programul ce utilizează elemente finite (PLAXIS de exemplu), există trei metode de modelare a comportamentul nedrenat.
× Metoda A (analiza în cazul tensiunilor efective)
comportamentul materialului: nedrenat
parametrii de rezistență efectivi : c’, φ ' , ψ '
parametrii de rigiditate efectivi E50 ’, ν '
× Metoda B (analiza în cazul tensiunilor efective)
comportamentul materialului: nedrenat
parametrii de rezistență efectivi : c=cu , φ = 0 , ψ = 0
parametrii de rigiditate efectivi E50 ’, ν '
× Metoda C (analiza în cazul tensiunilor totale)
comportamentul materialului: fără pori sau drenat
parametrii de rezistență efectivi : c=cu , φ = 0 , ψ = 0
parametrii de rigiditate efectivi Eu , νu = 0.495
Utilizând metoda A pentru analiza în cazul nedrenat al modelului Mohr-
caz dreapta tensiunilor în cazul Mohr-Coulomb va fi perpendiculară pe ordonată (scara tensiunilor) până când va întâlni linia ruperii la o anumită valoare a rezistenței la forfecare, care la rândul ei va fi mai mare decât valoarea reală a coeziunii nedrenate. Această supraestimare poate fi evitată utilizând metoda B în cazul căreia valoarea coeziunii nedrenate poate fi direct introdusă în program. Trebuie precizat faptul că nici metoda A și nici metoda B nu urmează comportamentul real al pământului.
I.3.3. Execuția, supervizarea și monitorizarea lucrărilor de sprijin
Calitatea construcției este unul din factorii cheie în asigurarea siguranței unei structuri de sprijin. Trebuie adoptat un sistem de monitorizare și supraveghere eficient cât și o bună metodă de execuție a structurii. Ipotezele luate în calcul la faza de proiectare trebuiesc precizate în mod clar în raportul de proiectare și trebuie să fie explicate contractantului. Contractantul trebuie să acorde atenție tuturor ipotezelor luate în calcul de proiectant, în cazul în care există discrepanțe în teren, contractantul trebuie să raporteze și să remedieze problemele în strânsă coordonare cu proiectantul. De exemplu: adâncimea de încastrare a sistemului de sprijinire executat nu respectă valoarea dată de proiectant. O adâncime de încastrare mai mică decât cea dată de proiectant este posibil să nu îndeplinească condițiile de încastrare stabilite inițial. Încastrarea la o adâncime mai mare poate duce la întâlnirea unui strat mai puțin rezistent decât cel prevăzut de proiectant. Toate acestea pot afecta și chiar afectează stabilitatea structurii de sprijin.
Se recomandă instalarea instrumentațiilor geotehnice de monitorizarea a deplasărilor pereților de sprijin, tasarea zonelor înconjurătoare cât și pentru monitorizarea nivelului apei subterane atât în interiorul excavației cât și la exteriorul pereților de sprijin. Se vor compara valorile obținute cu cele prevăzute în faza de proiectare. Dacă valorile obținute depășesc toleranțele prevăzute de proiectant, contractantul va trebui să anunțe proiectantul și toate părțile implicate pentru a lua măsurile care se impun.
I.4. Factorii non-tehnici
Toate părțile implicate în industria construcțiilor cunosc, cu siguranță, sistemul de licitare, unde valoarea cea mai mică câștigă, indiferent de consecințe. Intenția acestui tip licitație este de a obține o eficiență a costurilor. Cu toate acestea, acest sistem provoacă, de asemenea, un efect secundar negativ: participanții la licitație vor încerca să taie costurile în orice mod posibil, de foarte multe ori, sacrificând calitatea și siguranța lucrării. Participanții care au pierdut la o licitație vor licita mai puțin la următoarea, apoi cei care au pierdut la aceasta vor licita mai puțin la următoarea și tot așa până când se va ajunge la situația neplăcută în care consultanții, contractorii și sub-contractorii nu vor avea marje de profit suficiente. Efectele acestui comportament sunt multe, printre care avem:
– Consultanții nu vor putea plăti un inginer calificat într-un mod rezonabil, ei
nu vor avea destui bani pentru a îmbunătăți cunoștințele propriilor ingineri;
posibilitatea de participa la seminarii și cursuri de perfecționare, nu vor avea posibilitatea de a cumpăra programe cu licență, și să nu mai spunem de dezvoltarea departamentelor de cercetare. Veniturile mici și neadecvate îi vor face pe ingineri să caute profesii în alte domenii, cauzând elaborarea rapoartelor de investigare a terenurilor și proiectelor de structură într-un mod cât mai precar.
– Contractanții generali pun, în general, presiune asupra costurilor stabilite de sub-contractanți, însă nu iau în calcul faptul că, cei din urmă, nu vor mai avea pe cine să pună presiune. Faptele sunt clare, toți vor reduce costurile aici și acolo. Prima etapă este încercarea de a reduce volumul lucrărilor de sprijin temporare, de exemplu: se va renunța la filată care ajută la comportarea structurii de sprijin ca un tot unitar (cazul pereților mulați sau a piloților), renunțarea la unele grinzi intermediare de rigidizare utilizate în cazul structurilor șprăițuite sau în cazul dispunerii ancorajelor sau renunțarea la lucrările de drenare. Atunci când reducerea costurilor se dovedește a fi varianta câștigătoare în cazul unui proiect, contractanții vor deveni din ce în ce mai curajoși de la un proiect la altul. Ei uită însă că proprietățile pământurilor diferă de la un amplasament la altul. Acest tip de reducere a costurilor prin renunțarea la unele lucrări temporare are loc adesea în cazul sprijinirilor excavațiilor adânci și, de asemenea, poate duce la producerea unor accidente.
Unul dintre principalele motive ale cedării structurii de sprijin în cazul tunelului MRT a fost sistemul impropriu de șprăițuire. De asemenea ei au renunțat la continuitatea filatei ceea ce înseamnă că o porțiune a peretelui mulat a fost supusă la presiuni mai mari decât cele luate în calcul de proiectant acest lucru ducând la imposibilitatea redistribuirii eforturilor la peretele mulat adiacent. Un alt factor indirect care contribuie la cedarea structurii de sprijin este valoarea prea mică a contractului; prețul ofertat de contractor este mult mai mic comparat cu cel al celui mai apropiat ofertant. În Singapore, o țară care are o legislație a construcțiilor foarte strictă, în mai 2004, s-a produs un alt accident. Acest accident a constat în prăbușirea rândurilor de armătură de la partea superioară a radierului peste muncitori. Acest accident s-a produs din cauza unei slabe susțineri verticale a armăturii, cauza cea mai probabilă fiind reducerea excesivă a costurilor.
– Un alt efect al reducerii mult prea mari a costurilor este faptul că antreprenorii își taie singuri craca de sub picioare. Ei nu au bugetul necesar angajării unor ingineri calificați, în special angajarea unor buni geotehnicieni. Consecința acestui fapt este că ei nu vor putea vedea pericolul care ar putea avea loc. În ciuda faptului că inginerii vor trebui să lucreze de cele mai multe ori peste program fără nici o compensație materială ei nu au nici măcar un salariu adecvat muncii pe care o depun. În timp ce costul vieții de zi cu zi devine din ce în ce mai mare, salariile inginerilor stagnează, uneori ele fiind reduse din cauza crizei economice. În
comparație cu semenii lor din domeniul financiar salariile lor sunt mult prea mici, prin urmare, inginerii capabili vor începe să își caute alte locuri de muncă mult mai bine plătite. Desigur, absența unor ingineri buni și calificați va duce la o slabă calitate a lucrărilor de construcții.
– Cel mai trist lucru dintre toate este faptul că unii ingineri vor pune presiune pe alți ingineri doar pentru a respecta instrucțiunile patronilor. Inginerii care activează ca inspectori de cantitate (QS) de foarte multe ori practică negocierea prețurilor fără o bază solidă.
Ei vor obține cel mai mic preț de la fiecare sub-contractant în parte, spre exemplu: Sub-contractantul A practică un preț foarte mic pentru a realiza lucrările de forare, ei îl vor alege pe acesta; sub-contractantul B practică un preț foarte mic pentru lucrările de betonare, ei îl vor alege pe acesta; sub- contractantul C practică prețuri foarte mici pentru lucrările de armare. ei îl vor alege pe acesta și așa mai departe. Inspectorul de cantitate (QS) cel mai adesea nu înțelege (și nu vrea să înțeleagă) lucrările geotehnice care trebuie realizate. Din cauza politicii pe care o practică ei nu pot să vadă potențialul pericol care se ascunde în spatele unui preț mic și nu vor să înțeleagă ceea ce negociază de fapt. Atitudinea lor ne trimite cu gândul la faptul că ei nu sunt calificați îndeajuns de mult pentru a fi numiți inspectori de cantitate (QS). Unii antreprenori nu au nevoie de un inginer pentru a putea practica o astfel de negociere a prețurilor, pentru practicarea acesteia fiind nevoie doar de un absolvent de liceu. Un bun inspector trebuie să înțeleagă ceea ce negociază, să înțeleagă cum se desfășoară lucrările de construcție, și să dorească să înțeleagă și să vrea să caute prețul corect pentru fiecare obiect pe care îl negociază. El trebuie să raporteze managerilor un nivel corect al prețului și nu numai prețul pe care îl impun contractanții, sub-contractanții și consultanții.
I.5. Măsuri preventive pentru preîntâmpinarea cedării sprijinirilor
Pentru a preveni sau pentru a reduce riscul apariției accidentelor de natură geotehnică se pot lua în considerare următorii pași necesari de urmat pentru o bună calitate a construcțiilor de natură geotehnică:
1. Numirea un inginer geotehnician capabil care să se ocupe de lucrare.
2. Efectuarea unei investigații adecvate, corecte și sistematice a terenului așa cum este indicat de către inginerul geotehnician.
3. Analizarea, interpretarea și obținerea parametrilor necesari proiectării geotehnice pe baza datelor de investigare a terenului disponibile. Iar atunci când este necesar efectuarea unor investigații suplimentare ale terenului. În cazul lucrărilor de importanță deosebită fiind necesare atât studii geologice cât și studii seismice ale amplasamentului.
4. Luarea la cunoștință și înțelegerea tipului de construcție ce urmează a fi realizat și de asemenea prevederea încărcării pe care aceasta o va transmite fundației/terenului.
5. Efectuarea de analize de stabilitate atât pe termen scurt cât și pe termen lung și luarea în calcul a posibilelor deformații care pot să apară în cazul structurii geotehnice propuse.
6. În timpul construcției propriu-zise a structurii geotehnice trebuiesc instalate intrumente de măsurare, cum ar fi: piezometre, inclinometre etc. Se recomandă performarea unei supravegheri corecte și sistematice a datelor furnizate de instrumentele de măsurare și interpretarea datelor într-un mod corect, fiind recomandat ca acest lucru să se facă de o companie care nu este implicată în mod direct în realizarea lucrării.
7. O analiză comparativă între măsurătorile realizate la punctul 6 și toleranțele preconizate în faza de proiectare trebuie să fie mai presus decât realizarea propriu- zisă a structurii. Trebuie realizată o analiză inversă și trebuie să se facă corecturile necesare. În momentul în care se va constata o greșeală, aceasta trebuie admisă și remediată în cel mai scurt timp, în acest moment fiind absolut necesară consultarea unui inginer experimentat.
8, Ori de câte ori este necesar, trebuie să se efectueze teste de calitate a lucrărilor realizate (teste de încărcare a piloților etc.).
9. Confruntarea cu probleme noi care se dovedesc a fi complexe și dificile necesită în mod obligatoriu coordonarea unei persoane experimentate.
10. Fiecare contractant și, implicit, fiecare inginer care va lucra la o anumită lucrare trebuie să își cunoască limitele. Chiar și în acest domeniu, un expert geotehnic nu va stăpâni toate aspectele unei construcții geotehnice.
În general, dacă se vor respecta pașii recomandați mai sus putem spune că riscul de accidente în cazul unei construcții geotehnice va fi minim.
II. Sisteme de sprijinire utilizate în mod uzual
II.1. Generalități
Progresele înregistrate în ultimii ani în domeniul tehnologic dar și în IT, cât și necesarul dezvoltării unor construcții subterane de importanță vitală în societatea urbană, prin asigurarea mijloacelor de transport (tuneluri rutiere, tuneluri pentru metrouri, galerii hidroedilitare) cât și suplimentarea facilităților construcțiilor supraterane au dus la realizarea unor progrese importante realizate în domeniul construcțiilor subterane.
Extinderea și aglomerarea spațiului urban a dus la realizarea unor proiecte în condiții foarte dificile, din cauza naturii geologice a terenului cât și a prezenței apei subterane, pentru realizarea acestor lucrări fiind necesară dezvoltarea unor noi echipamente și tehnologii de execuție.
Tehnologiile de executie a lucrărilor subterane în terenuri slabe, se pot împărți în două mari categorii:
1. Tehnologii de execuție în procedeu deschis – acestea constau în realizarea unei
săpături deschise începând de la suprafața terenului (cut and cover)
2. Tehnologii de execuție în procedeu închis (săpătura închisă) folosind metode de execuție specifice tunelurilor realizate în rocă (scut, NATM, etc.).
Principala condiție care stă la baza alegerii metodei de execuție a construcțiilor subterane este condiția geologică, însă, întotdeauna se va ține cont de soluția economică cea mai favorabilă și care să afecteze cel mai puțin atât zona construită cât și vecinătățile.
La proiectarea unei construcții subterane se va ține cont de următorii factori:
− structura așezării urbane;
− sistemul de transport din zonă;
− perspectivele de dezvoltare ale zonei urbane;
− geologia și topografia amplasamentului;
− interferența obiectivului cu structurile edilitar-urbane din zonă;
− costurile lucrărilor de construcție;
− durata de proiectare și de execuție a construcției.
II.2.Tipuri de sprijiniri
Sprijinirea incintelor poate fi realizată în două moduri:
– Ca sprijinire temporară (cazul sprijinilor simple cu dulapi de lemn sau a
palplanșelor metalice, cât și a sprijinirilor de tip berlinez);
– Ca sprijinire permanentă (cazul palplanșelor metalice, a pereților mulați sau a pereților din piloți forați sau realizați prin metoda amestecului).
Având în vedere marea varietate de structuri de sprijin utilizate în prezent, în cadrul acestui capitol doresc să descriu o parte din soluțiile tehnice de sprijinire folosite în mod uzual în industria construcțiilor fără a face, însă, o descriere detaliată a acestora și limitându-mă doar la dimensiunile uzuale utilizate, pașii necesari execuției acestora și principalele avantaje și limitări.
II.2.1. Sprijinirea de tip berlinez
II.2.1.1. Descriere generală
Piloții de tip berlinez pot fi realizați din șină de cale ferată, profil din oțel de tip H (sau W) sau din profile din oțel tip I (sau S). Cele mai folosite profile sunt șina de cale ferată și profilul din oțel tip H, acestea fiind folosite de multe ori în detrimentul profilelor de tip I.
Profilele comune utilizate pentru a realiza acest tip de sprijinire au următoarele
dimensiuni (profil tip H), figura II.1, respectiv tabelul II.1:
Figura II.1. Elemente geometrice ale profilului de tip H
Tabelul II.1.
Secțiune Dimensiuni (mm) Arie Masa I (cm4) r (cm) S (cm3) (cm2) (kg/m)
H x B t 1 t 2 R I x I y r x r y S x S y
200 x 200 200 x 200 8 12 13 63,53 49,9 4,716 1,601 8,62 5,02 472 160
250 x 250 250 x 250 9 14 16 92,18 72,4 10,83 3,648 10,84 6,29 867 292
300 x 300 300 x 300 10 15 18 119,78 94,0 20,410 6,753 13,05 7,51 1.361 450
350 x 350 350 x 350 12 19 20 173,87 136,5 40,295 13,583 15,22 8,84 2.303 776
400 x 400 400 x 400 13 21 22 218,69 171,7 66,621 22,409 17,45 10,12 3.331 1.120
Dispunerea dulapilor orizontali între profile este opțională, acest lucru depinde în mare măsură de proprietățile pământului de pe amplasament. Realizarea unei sprijiniri berlineze presupune urmarea următorilor pași:
– Se introduc proflele metalice prin batere în teren. În zonele neurbane este în regulă să introducem piloții prin batere, însă în zonele urbane aceștia trebuie introduși prin vibrare statică sau prin forare în cazul unui pământ tare.
– Se instalează dulapii orizontali și se umplu golurile rămase între profile și dulapi pe măsură ce excavația avansează.
– Se instalează șpraițuri orizontale în zonele cele mai solicitate pe măsură ce excavația avansează.
– Odată ce execuția săpăturii a luat final se execută pereții interiori ai subsolului, după care se elimină șpraițurile nivel cu nivel și se realizează planșeele.
– Se finalizează execuția structurii subterane.
– Se extrag piloții.
II.2.1.2. Avantaje
• Execuție rapidă și ușoară cu costuri mici.
• Pot fi extrași cu ușurință.
• Tulburarea terenului înconjurător produsă în momentul extragerii piloților este mult mai mică decât în cazul extragerii palplanșelor metalice.
• Extremitățile piloților pot fi rigidizate cu materiale speciale din oțel în momentul utilizării în pietrișuri.
• Piloții berlinezi se pot reutiliza.
II.2.1.3. Dezavantaje:
• Etanșarea este dificilă. În terenuri nisipoase cu un nivel ridicat al apei subterane sunt necesare lucrări de drenare.
• Execuția piloților berlinezi prin batere va provoca mult zgomot și vibrații.
Acestea din urmă vor face ca solurile nisipoase de sub fundație să devină mai dense, astfel încât pot să apară tasări inegale ale clădirilor învecinate.
• Realizarea umpluturilor este necesară dacă piloții sunt introduși prin forare. Umpluturile realizate incorect pot cauza efecte nedorite asupra terenului învecinat.
• Golurile dintre structura de sprijin și pământul adiacent trebuiesc
umplute în mod obligatoriu.
• Extragerea piloților va deranja terenul adiacent structurii de sprijin.
În urma cercetării literaturii de specialitate disponibile pentru acest tip de sprijinire una dintre cele mai adânci excavații realizate a fost realizarea obiectivului Hilton Convention Center Hotel, unde alături de sprijinirea de tip berlinez s-a utilizat și un sistem de ancoraje ajungându-se astfel la o adâncime maximă a excavației de aproximativ 20 de metri. (Executant – compania Bencor SUA).6
II.2.2. Palplanșele metalice
II.2.2.1. Descriere generală
Palplanșele pot fi introduse în teren prin batere sau prin metode de vibrare statică și trebuiesc interconectate. Există mai multe tipuri de profile utilizate pentru realizarea palplanșelor, dintre cele mai utilizate putem aminti secțiunile de tip U, Z sau de tip platbandă. Dacă prinderea palplanșelor se realizează în mod corect acestea pot fi foarte bune ca metodă de etanșare, dacă nu infiltrațiile pot să apară la îmbinări. În pământurile argiloase, cu permeabilitate redusă, nu este necesară o îmbinare perfectă a palplanșelor pentru a preveni infiltrația apei, pe de altă parte în pământurile nisipoase orice îmbinare defectuoasă poate duce la infiltrația apei în incintă. În cazul apariției unei breșe este foarte posibil ca nisipul puternic umezit să se lichefieze putând astfel să pună în pericol întreaga incintă excavată.
Realizarea unei sprijiniri utilizând palplanșe metalice presupune urmarea următorilor pași:
– Se introduc palplanșele prin batere sau prin vibrare statică.
– Se trece la execuția primei etape a excavației.
– Se dispun filatele în locurile potrivite după care se instalează șpraițurile.
– Se execută următoarea etapă a excavației.
6 http://www.bencorconstruction.com/projects.html
– Se repetă procedurile 3 și 4 până la atingerea cotei dorite a excavației.
– Se finalizează execuția excavației și se trece la execuția fundației clădirii.
– Se execută pereții interiori ai construcției subterane și se demontează șpraițurile nivel cu nivel alături de execuția planșeelor.
– Se finalizează execuția structurii subterane.
– Se renunță la palplanșe.
II.2.2.2. Avantaje
• Prezintă o etanșeitate foarte bună.
• Sunt reutilizabile.
• Au o rigiditate mai mare decât sprijinirile de tip berlinez.
II.2.2.3. Dezavantaje:
• Au o rigiditate mai mică decât piloții forați sau pereții mulați.
• Sunt susceptibile la tasări în timpul baterii sau la desprinderi în
terenurile nisipoase.
• Nu pot fi executate cu ușurință în pământurile tari.
• Se produce mult zgomot în timpul baterii.
• Infiltrațiile nu pot fi evitate în totalitate fiind necesare lucrări de etanșare
suplimentare.
II.2.2.4. Date tehnice
Conform unei broșuri de prezentare a Companiei Porr în tabelul II.2 sunt prezentate următoarele date tehnice pentru palplanșele metalice7:
Tabelul II.2.
II.2.3. Pereți îngropați realizați din piloți forați
II.2.3.1. Descriere generală
Metoda realizării sprijinirii cu piloți constă în realizarea unor rânduri de piloți ce se vor constitui în structuri de sprijin, aceștia putând fi realizați atât pe teren cât și sub formă de elemente prefabricate. Realizarea piloților direct pe teren poate fi împărțită în alte trei sub-categorii funcție de carecteristicile acestora:
• Piloți executați pe măsură ce instrumentul de forare se extrage din foraj (Packed in place piles – PIP). Metoda poate fi descrisă după cum urmează: se forează până la adâncimea dorită utilizându-se o foreză cu
șnec, în timpul extragerii instrumentului de foraj se umple gaura cu mortar pentru a putea împinge pământul forat la suprafață, după ce umplerea găurii de foraj cu mortar s-a realizat se vor dispune carcasele de armătură sau profilele H în gaura de foraj. Diametrul unui pilot realizat prin metoda PIP se înscrie între limitele de 30-60 cm. Se întâmplă adesea, ca din motive tehnologice piloții realizați prin această metodă să nu poată fi realizați perfect vertical, de aceea îmbinările nu sunt întotdeauna etanșe ceea ce poate duce la infiltrația apei subterane. În cazul adoptării acestui tip de sprijinire în terenuri nisipoase ce prezintă un nivel hidrostatic ridicat este posibil să fie nevoie de lucrări de etanșare a acestora suplimentare.
• Piloți realizați din beton. Execuția piloților din beton poate fi descrisă după cum urmează: se realizează un foraj până la adâncimea dorită, se dispune carcasa de armătură după care se realizează betonarea.
Metoda de forare prin circulație inversă care presupune utilizarea fluidului de foraj pentru stabilizarea pereților săpăturii este cea mai utilizată metodă în cazul piloților forați realizați din beton. Este de asemenea fezabilă utilizarea tuturor metodelor de realizare a forajului cu tubaj, nemaifiind necesar în acest caz utilizarea noroiului de foraj, chiar dacă tubajul presupune costuri mai ridicate, această metodă putând fi aplicată cu ușurință în pământuri granulare (pietrișuri) sau în terenuri care se surpă foarte ușor, iar metoda inversă se dovedește a fi ineficientă. Diametrul piloților realizați din beton variază de la 60 la 200 cm.
• Piloți realizați prin metoda amestecului (MIP). Această metodă presupune utilizarea unui instrument special care pe măsura realizării forajului va injecta un mortar special pentru a putea realiza amestecului pământului cu acesta. În momentul în care se atinge cota dorită se va extrage foreza cu ușurință, timp în care se va realiza amestecul sol- ciment. După extragerea totală a forezei se pot dispune carcase de armătură sau profile metalice în forajul proaspăt executat.
Realizarea din elemente prefabricate presupune utilizarea unor piloți din beton prefabricat sau a grinzilor metalice, introduse în teren prin batere, forare sau prin vibrare.
Modul de dispunere al piloților în teren se poate face în mai multe moduri după cum urmează: piloți dispuși independent (cu interspații), piloți (tangenți) dispuși alternativ, piloți tangenți dispuși liniar și piloți secanți. În figura II.2 sunt prezentate modurile de dispunere a piloților.8
• În cazul pereților din piloți cu interspații, etanșarea este imposibilă, de aceea dispunerea acestui tip de sprijinire în pământuri permeabile cu un nivel hidrostatic ridicat necesită lucrări de drenaje. Acest mod de dispunere răspunde foarte bine cerințelor în terenuri cu rezistență mare cum ar fi pietrișurile.
8 Chang-Yu Ou, Deep excavation, Theory and Practice
• Pereții din piloți forați dispuși alternativ presupun realizarea unui rând de piloți cu interspații iar cel de-al doilea rând se va dispune în interspații, însă nu pe aceeași linie. Ei se mai numesc și piloți tangenți, sunt ușor de realizat din punct de vedere tehnic, însă, etanșeitatea structurii este precară din cauza dispunerii dezordonate a piloților, fiind necesare lucrări de realizare a etanșeității.
• Piloții tangenți (dispuși liniar) sunt conectați unii cu ceilalți pentru a forma un perete liniar, fiind una dintre cele mai folosite metode de realizare. De asemenea etanșeitatea structurii nu este una dintre cele mai bune.
• Piloții secanți presupun realizarea unui prim rând de piloți cu interspații, după care utilizându-se un instrument special de forare se va dispune cel de-al doilea rând de piloți între piloții deja realizați prin tăierea în corpul acestora. Acest tip de sprijinire nu poate fi realizată prin utilizarea piloților prefabricați și prezintă o foarte bună etanșeitate la acțiunea apei subterane.
• Pereții realizați din piloți micști presupune utilizarea unui perete realizat din piloți cu interspații după care se vor dispune alternativ în interspații piloții realizați prin metoda amestecului, aceștia prezentând bune
rezultate în privința etanșeității structurii.
II.2.3.2. Avantaje
Figura II.2.Moduri de dispunere a piloților
• Zgomot mai mic decât cel produs la realizarea sprijinirii berlineze sau a sprijinirii cu palplanșe.
• Lungimea piloților se poate ajusta.
• Rigiditate mai mare decât a palplanșelor sau a piloților de tip berlinez.
• În momentul în care se utilizează foreze speciale pot fi executați și în terenuri cu bolovănișuri sau pietrișuri.
• Execuție ușoară în terenuri nisipoase.
II.2.3.3. Dezavantaje:
• Fără o rigidizare laterală pe direcția paralelă cu latura excavației, efectul de boltire, necesar pentru a împiedica deformarea peretelui, nu apare.
• Timp de execuție mai mare decât în cazul sprijinirii berlineze sau a celei
cu palplanșe.
• Au o rigiditate mai mică decât pereții mulați.
• Predispuși la erori de execuție.
II.2.3.3. Date tehnice
Conform unei broșuri de prezentare a Companiei Porr, în tabelul II.3 sunt prezentate următoarele date tehnice pentru pereții din piloți forați9:
Tabel II.3.
II.2.4. Pereți îngropați realizați din pereți mulați
II.2.4.1. Descriere generală
Peretele mulat în teren este o tehnică larg aplicată în zilele, constând în realizarea unei tranșei adânci fără sprijinirea obișnuită a pereților săi, acest lucru realizându-se prin intermediul unui noroi de foraj (bentonita).
Procedeul reprezintă o fază superioară în evoluția sistemelor de sprijinire. Acest procedeu reprezintă o alternativă la pereții îngropați din piloți forați și înlocuiește în mod avantajos, sistemul de sprijinire cu palplanșe metalice în anumite cazuri și mai ales în cazul realizării unor incinte de mari dimensiuni la cote ce se găsesc sub nivelul pânzei freatice. Într-adevăr pereții de palplanșe metalice, pe lângă costul lor ridicat, prezintă inconvenientul că nu sunt etanșe si că de asemenea nu pot fi executate în straturi mai dure ce se găsesc în apropierea unor lucrări fragile.
Este recomandat de cele mai multe ori realizarea unui perete definitiv din beton armat, ce poate fi apoi utilizat ca perete portant în structura viitoare construcții, acest lucru dovedindu-se mult mai economic.
Avantajele pe care le prezintă au condus la utilizarea pereților mulați la foarte multe lucrări de o anvergură foarte mare. Unul dintre aceste proiecte este metroul din București, unde, la sfârșitul anului 1991 erau realizați nu mai puțin de 73 km de pereți
mulați totalizând o suprafață de 1.500.000 km2.
9 www.porr.at/fileadmin/content/03_Leistungen/03_Infrastruktur/Grundbaubroschuere_de.pdf
Comparativ cu celelalte metode de sprijinire, pereții mulați sunt considerați a fi foarte rigizi și respectă mediul înconjurător.
Pereții mulați sunt adesea întrebuințați în solurile granulare cu un nivel hidrostatic ridicat, în special atunci când sub stratul granular se găsește un strat impermeabil. Pereții mulați se vor încastra în mod normal într-un strat ce prezintă o permeabilitate redusă pentru a putea reduce infiltrațiile apei subterane în incintă.
Caracteristicile funcționale ale pereților mulați sunt următoarele:
− de etanșare;
− de stabilitate;
− de susținere;
− de limitare a amprizei lucrării.
Denumirea de “Perete mulat” provine de la faptul că pereții tranșeei realizate joacă rolul cofrajului necesar turnării betonului, acesta mulându-se practic pe neregularitățile acestora.
Excavația tranșeei, armarea și betonarea pereților mulați se realizează pe panouri, a căror dimensiuni depind de adâncimea peretelui, de conformarea structurii, de calculul de rezistență efectuat cât și de caracteristicile instalației de foraj, în cele mai multe rânduri.
Execuția unui perete mulat presupune realizarea următoarelor etape
cronologice:
Execuția unei pretranșee – aceasta constă dintr-o tranșee preliminară de mică adâncime (de obicei 1 m), pereții acesteia sunt susținuți de grinzi de ghidaj sau sunt susținuți de pretranșee prefabricate.
Pretanșeea se realizează pentru a asigura ghidajul instrumentelor de forat, pentru a putea manevra cu siguranță echipamentele utilizate la betonare și pentru a evita surparea părții superioare a tranșeei din cauza barbotării noroiului de foraj. Execuția pretranșeei reprezintă primul stadiu al excavării. Trebuie precizat că pretranșeea are o adâncime relativ mică între 80 cm și 1.50 m, adâncimea acesteia fiind direct influențată de instalația de foraj utilizată. Grinzile de ghidaj se execută, de
obicei, din beton monolit, fiind recomandat un dozaj de ciment de 200-300 kg/m3, ele
putând fi de asemenea realizate din pereți de cărămidă, din beton beton prefabricat, elemente metalice etc. Acestea trebuie să fie rigide și să suporte sarcinile mari date de utilajele de forat utilizate.
Realizarea excavației tranșeei pentru peretele mulat este realizată de obicei pe panouri cu lungimea limitată (4-6-8 metri) în funcție de capacitatea de săpare a instalației de foraj, de caracteristicile geotehnice ale terenului și de capacitatea de betonare a șantierului. Funcție de natura geotehică a terenului execuția tranșeei se poate realiza continuu sau alternativ.
Metodele de execuție a tranșeelor pentru pereții mulați se împart în două categorii funcție de tipul de utilaj folosit:
− excavații cu utilaje echipate cu bene speciale, tip cupă sau greifer, acestea fiind
fixate pe tije de ghidare;
− excavații cu instalații de foraj de tip rotativ-percutant, percutant sau rotativ, mai rar,
care utilizează, în mod normal, circulația inversă.
Prima categorie de excavații se aplică cu rezultate foarte bune în terenurile moi, iar cea de-a doua categorie se aplică cu rezultate foarte bune în terenuri compacte și implicit mai dure.
Procedeele ELSE, COFOR, "SPTC", "BATILONG" fac parte din prima categorie de excavații. Terenurile cu o permeabilitate mare nu permit utilizarea noroiului bentonitic la stabilizarea săpăturii din cauza pierderilor foarte mari, de aceea se impune întotdeauna impermeabilizarea incintei prin procedee de injectare a solurilor.
Dintre companiile care au aplicat în mod frecvent, cu rezultate foarte bune, aceste procedee putem enumera ICOS, ALIAKMON și SOLETANCHE. Soluția cea mai practică propusă pentru a face față diversității caracteristicilor geotehnice și hidrogeologice ale terenului este diversificarea parcului de utilaje a companiilor.
Instalațiile cu benă se dovedesc a fi de două ori mai eficiente în terenuri moi sau în nisipuri, decât instalațiile clasice de foraj adaptate pentru aceste tipuri de lucrări, în timp ce instalațiile clasice de foraj se dovedesc a fi eficiente în terenuri ce prezintă pietrișuri și bolovănișuri.
Principalele faze tehnologice specifice metodei ELSE se pot rezuma astfel:
− se trasează axul perimetral al viitoarei incinte;
− se realizează excavația de-a lungul axului trasat al pretranșeei;
− se cofrează, se armează și se betonează umerii pretranșeei;
− se decofrează grinzile de ghidaj prin scoaterea șpraițurilor și tăierea barelor de oțel utilizate;
− se montează utilajul de excavat pe poziția de lucru;
− se prepară noroiului bentonitic în gospodăria de noroi și se instalează
echipamentul de recirculare;
− se execută săpătura în tranșee sub protecția bentonitei în panouri de 4-6-8 m;
− se introduce carcasa de armătură în tranșeea realizată și se dispun la
marginile ei elementele tubulare de rost;
− se montează pâlniile și echipamentele de betonare;
− se realizează turnarea betonului în tranșee, prin dislocuirea noroiului bentonitic care va fi preluat de pompele dispuse la cota superioară a panoului; odată cu ridicarea betonului în tranșee se va scurta tubulatura pâlniilor prin demontare;
− se extrag elementele de rost înainte de întărirea completă a betonului, obținându-se astfel o îmbinare de tip nut și feder între panoul existent și panoul următor ceea ce conduce la o bună conlurare a panourilor.
II.2.4.2. Avantaje
Pereții mulați:
• Pot fi executați pe o adîncime de câteva zeci de metri, în toate tipurile de pământuri și roci, păstrând un control complet asupra geometriei și continuității acestora;
• Facilitează excavațiile sub nivelul hidrostatic;
• Constituie ecrane etanșe la acțiunea apei;
• Prezintă rigiditate structurală ceea ce duce la reducerea mișcării terenului și a vecinătăților în timpul excavației;
• Au rolul de a transfera încărcările stratului de bază și de a consolida terenul astfel încât să permită realizarea mai multor configurații structurale;
• Au rolul de a adapta conexiunile realizate cu structura propriu-zisă;
• Pot fi adaptați ușor atât pentru sistemul cu ancoraje cât și sistemului cu șpraițuri;
• pot fi realizați la înâlțimi relativ mici (5m) și în zone cu accesul restricționat;
• pot fi realizați înainte de începerea excavației propriu-zise;
• constituie soluții economice în cazul în care sprijinirile temporare și cele
permanente pot fi integrate într-o singură structură de sprijin.
Pereții mulați combină într-o singură structură funcțiile de sprijinire temporară, etanșare hidraulică, suportul vertical al elementelor și funcția de pereți permanenți pentru construcțiile subterane. Din cauza acestor funcțiuni diverse ei s-au dovedit a fi o alternativă economică în foarte multe circumstanțe.
II.2.4.3. Date tehnice
În urma studierii literaturii de specialitate caracteristicile tehnice ale pereților mulați se pot rezuma în următorul tabelul II.4.10:
Tabel II.4.
10 www.porr.at/fileadmin/content/03_Leistungen/03_Infrastruktur/Grundbaubroschuere_de.pdf
III. Prescripții de proiectare
III.1. Prevederi generale
Conform SR EN 1997-1:2004 în momentul definirii situațiilor de proiectare și a stărilor limită, trebuie luați în considerare următorii factori:
– Condițiile de amplasament cu referire directă la stabilitatea generală a acestuia și la mișcările terenului;
– Dimensiunile și natura structurii realizate cât și a elementelor ei;
– Vecinătățile lucrării propuse (construcții, rețele edilitare, vegetație etc.)
– Nivelul și situația pânzei de apă freatică;
– Seismicitatea zonei cât și a regiunii;
– Influența mediului asupra viitoarei lucrări.
În urma analizării paragrafului 2.1 din SR EN 1997-1:2004, structurile se pot încadra într-una din următoarele categorii geotehnice:
Categoria geotehnică 1 cuprinde structuri de mici dimensiuni sau relativ simple care pot fi proiectate doar pe baza experienței acumulate a proiectantului și pe baza unor investigații geotehnice calitative. Aceste lucrări prezintă un risc neglijabil, iar cedarea acestora ar avea implicații sociale minime.
Categoria geotehnică 2 cuprinde structuri de o importanță normală, care nu prezintă un risc excepțional sau situații deosebite de încărcare. Lucrările care fac parte din această categorie pot fi proiectate utilizând proceduri de rutină pentru încercările de laborator, proiectare și execuție.
Categoria geotehnică 3 cuprinde structuri care au dimensiuni foarte mari sau sunt ieșite din comun, care pot duce la apariția unor riscuri anormale din cauza încărcărilor excepționale care acționează asupra acestora. În categoria geotehnică 3 mai pot fi incluse și structurile care sunt realizate în zone cu seismicitate ridicată cât și pe terenuri susceptibile de a-și pierde stabilitatea.
Se recomandă ca încadrarea unei structuri într-o anumită categorie geotehnică să se facă înainte de cercetarea propriu-zisă a terenului de fundare, schimbarea acesteia putându-se face cu ușurință atât la faza de proiectare cât și la faza de execuție.
SR EN 1990:2004 – Anexa B, alături de eratele și anexele naționale asociate definesc clasele de consecințe CC1, CC2 și CC3 funcție de care se va face încadrarea lucărilor geotehnice de susținere.
Conform prevederilor normativului național NP 074-2007 investigarea geotehnică se efectuează cu ajutorul forajelor sau sondajelor cât și prin utilizarea unor metode de încercare in-situ.
Încadrarea unei lucrări într-o anumită categorie geotehnică va impune și investigațiile geotehnice care trebuie realizate, astfel: pentru categoria geotehnică 1 nu sunt necesare investigații geotehnice specifice, însă trebuie avut în vedere ca la faza de execuție să se verifice ipotezele avute în vedere la proiectare; pentru categoria geotehnică 2 este necesară studierea documentației de arhivă cât și realizarea unor investigații geotehnice specifice impuse de NP 074; pentru categoria
3 se impun investigații suplimentare față de categoria geotehnică 2 cum ar fi încercări dinamice, determinarea relației efort-deformație etc.
De asemenea în cazul în care se suspectează că pe amplasament pot exista contaminări chimice se vor realiza investigații suplimentare din care să reiasă compușii chimici prezenți și efectul pe care aceștia îl au asupra lucrării de sprijin realizate.
Un alt factor important de care trebuie să se țină cont la proiectarea structurilor de sprijin este prezența apei subterane cât și regimul acesteia fiind recomandați următorii pași de realizat:
– Se va analiza nivelul apei cât și fluctuațiile acestuia, atât în anotimpul secetos cât și în anotimpul ploios prin intermediul forajelor și a piezometrelor;
– Se vor analiza variațiile presiunilor, mișcările apei subterane cât și
hidrogeologia amplasamentului;
– Se va analiza apa liberă prezentă pe amplasament cât și influența pe care aceasta o are asupra pânzei de apă subterane.
Funcție de fiecare lucrare în parte se va elabora un program de investigații geotehnice prin intermediul căruia se vor determina toți parametrii geotehnici necesari realizării lucrării, în funcție de metoda de proiectare propusă cât și de metoda de execuție.
Fiecare metodă de calcul în parte ia în considerare anumiți parametri geotehnici, de aceea, acești parametri geotehnici sunt prezentați cu caracter informativ în anexele normativului NP 124/2010.
Metoda stărilor limită propune utilizarea noțiunilor de stare limită ultimă (SLU) și stare limită de exploatare (SLE). Această metodă presupune aplicarea unor coeficienți de siguranță stabiliți funcție de importanța structurii, de condițiile terenului etc. pentru a putea prevedea cea mai defavorabilă situație care poate apărea pe parcursul duratei de viață a lucrării.
Starea limită ultimă presupune pierderea echilibrului static sau cedarea unui component critic al structurii sau chiar al întregii structuri, apariția acestei situații fiind împiedicată sa apară prin aplicarea factorilor de siguranță atât asupra încărcărilor cât și asupra materialelor pentru ca în final rezistența de proiectare să fie mai mare sau egală decât solicitarea stabilită în urma calculelor de rezistență.
Stările limită definite conform SR EN:1997-1-2004 sunt următoarele:
– EQU – presupune pierderea echilibrului structurii sau a terenului, considerate ca un corp rigid, iar rezistența materialelor structurale și a terenului este nesemnificativă în asigurarea rezistenței;
– STR – presupune o cedare internă sau apariția unor deformații excesive ale structurii sau elementelor structurale, în care rezistența materialelor structurale este semnificativă în asigurarea rezistenței;
– GEO – presupune cedarea sau dezvoltarea unor deformații excesive ale terenului, în care rezistența terenului este semnificativă în asigurarea rezistenței structurii;
– UPL – presupune pierderea echilibrului structurii sau terenului din cauza
ridicării cauzate de presiunile interstițiale;
– HYD – presupune antrenarea hidrodinamică sau eroziunea internă a terenului cauzate de gradienții hidraulici.
Starea limită de exploatare (SLE) presupune pierderea utilității funcționale unei părți din structură sau chiar a întregii structuri, în urma unor deformații excesive ale terenului sau ale structurii. Starea limită de exploatare se instalează în momentul în care structura dezvoltă deformații care depășesc deformațiile stabilite la etapa de proiectare sau funcționalitatea structurii este afectată.
Calculul structurilor la stările limită se realizează conform prevederilor SR EN
1997:1:2004, cât și a amendamentelor și anexelor naționale asociate cu acesta,
după cum urmează:
– Pierderea stabilității generale;
– Cedarea legăturii dintre elementele structurale sau cedarea unui singur
element structural;
– Cedarea combinată în teren cât și în elementele structurale;
– Ruperea elementelor prin eroziune regresivă sau prin ridicare hidraulică;
– Mișcări excesive ale lucrării de susținere care pot duce la prăbușirea vecinătăților sau care împiedică utilizarea eficientă a lucrării;
– Curgerea apei prin perete sau pe sub peretele de sprijin;
– Transportul masiv al particulelor de pământ prin peretele de sprijin sau pe
sub acesta;
– Modificări excesive, neprevăzute ale pânzei de apă freatică.
În cazul lucrărilor de sprijin simple cum ar fi zidurile de sprijin trebuie luate în considerare, pe lângă cele de mai sus și următoarele stări limită:
– Cedarea terenului de sub talpă;
– Producerea unei alunecări pe talpa zidului;
– Răsturnarea zidului de sprijin.
În cazul structurilor de sprijin îngropate cum ar fi pereții îngropați sau palplanșele trebuie luate în considerare și următoarele situații:
– Cedarea prin rotire sau translație a elementului de sprijin sau a unor părți
din acesta;
– Cedarea prin pierderea echilibrului vertical al structurii.
De asemenea pentru realizarea unei proiectări judicioase trebuie avut în vedere să se creeze combinații între stările limită mai sus menționate.
Conform SR EN 1997:1:2004 acțiunile de bază asupra unei structuri sunt următoarele:
– Greutatea pământului sau a apei;
– Eforturile existente în teren;
– Presiunea exercitată de pământ cât și presiunea exercitată de apa subterană;
– Presiunea apei libere cât și a valurilor;
– Presiunea apei din porii pământului;
– Forțele hidrodinamice ce acționează asupra structurii;
– Încărcările permanente cât și încărcările transmise de construcții;
– Eforturile date de suprasarcini;
– Încărcările date de traficul din zonă;
– Umflarea și contracția;
– Mișcările produse de prezența galeriilor, cavernelor etc.;
– Variațiile de temperatură;
– Apariția frecării negative;
– Eforturile de precomprimare din ancoraje sau șpraițuri;
– Mișcările produse de cutremure, vibrații, cât și de încărcările dinamice.
Calculul unei lucrări de susținere se face utilizând una sau mai multe combinații între situațiile de proiectare, în timp ce acțiunile de proiectare trebuie să ia în considerare orice interacțiune teren-structură.
Realizarea unei lucrări de susținere presupune luarea în considerare a mai
multor situații de proiectare dintre care enumerăm:
– Variația proprietăților pământului, a nivelului apei și a presiunei apei din pori atât în timp cât și în spațiu;
– Variația acțiunilor cât și probabilitatea de apariție a unei combinații între
acestea;
– Probabilitatea excavării, afuierii sau erodări pământului aflat în fața
structurii de sprijinire;
– Efectele produse de compactarea umpluturilor aflate în spatele structurii de sprijin;
– Efectele pe care le vor produce asupra structurii încărcările suplimentare date de construcțiile viitoare din vecinătatea amplasamentului cât și variația încărcărilor asupra structurii;
– Efectele asupra structurii date de mișcările considerate ale terenului.
La proiectarea structurilor de sprijin în zone seismice se vor respecta de asemenea prevederile SR EN 1998:1:2004, SR EN 1998:5:2004 cât și prevederile din P100-1:2013.
Metodele propuse de SR EN 1997:1:2004 pentru verificarea la stările limită sunt următoarele:
– Utilizarea calculelor conform articolului 2.4;
– Adoptarea unor măsuri prescriptive conform articolului 2.5;
– Utilizarea unor modele experimentale conform articolului 2.6;
– Utilizarea unor metode observaționale conform articolului 2.7.
Metodele de proiectare prin calcul sunt descrise detaliat în normativul NP
124/2010 pentru fiecare structură de sprijin în parte, metodele de proiectare prin adoptarea unor măsuri prescriptive se recomandă a se utiliza numai pentru lucrări simple de sprijinire (maxim 3 m adâncime), în timp ce metodele de proiectare care presupun utilizarea unor modele experimentale se vor prevedea numai în cazul structurilor complexe, la care apar neconcordanțe între rezultatele obținute pe teren și rezultatele obținute prin metodele de calcul curente.
Monitorizarea structurilor de sprijin cât și intervențiile asupra structurii pentru a
corecta eventualele defecte fac parte din metodele observaționale definite de SR EN
1997:1:2004.
De asemenea ori de câte ori este posibil rezultatele obținute în urma calculului se vor compara cu experiențele comparabile existente. Se va ține obligatoriu seama de condițiile particulare ale fiecărui amplasament cât și a fiecărei situații accidentale la stabilirea coeficienților parțiali de siguranță.
Stabilirea unei stări limite pentru o structură trebuie să descrie exact comportarea ipotetică a terenului astfel încât depășirea stării limite considerate să fie suficient de improbabilă.
Modelele de calcul utilizate pot fi: analitice, semi-empirice sau numerice.
Având în vedere importanța pe care o are metoda de execuție asupra unei structuri de sprijin, la etapa de proiectare se va ține întotdeauna cont de aceasta, astfel încât deplasările reale ale structurii și terenului să se încadreze în limitele stabilite de proiectant.
Normativul NP 124/2010 impune parcurgerea a două etape pentru realizarea
proiectării unei lucrări de susținere:
1. Exprimarea condițiilor de echilibru, care duc la stabilirea dimensiunilor și geometria structurii de sprijin necesare pentru a asigura stabilitatea acesteia la acțiunile permanente cât și a celor excepționale.
2. Dimensionarea structurală a peretelui prin care să se determine caracteristicile secționale de rezistență necesare pentru a îndeplini condițiile de rezistență impuse pentru preluarea eforturilor considerate.
În situații specifice de proiectare se vor parcurge ambele etape de calcul și se va ține cont de principiile stărilor limite. La proiectarea oricărei structuri trebuie avut în vedere ca situația luată în calcul să fie suficient de acoperitoare astfel încât să acopere toate solicitările care pot să apară pe toată durata de viață a construcției.
Cerințele principale necesare proiectării unui perete de susținere a unei excavații sunt sintetizate în tabelul III.1., ele putând fi oricând completate cu alte cerințe specifice fiecărei situații în parte:
Tabelul III.1.
Acțiunile de bază care apar în cazul unei lucări de susținere au fost prezentate anterior, însă pe lângă acestea trebuie luate în considerare și următoarele aspecte:
Sarcinile date de încărcările laterale
Proiectarea corectă a unui perete de sprijin presupune posibilitatea aplicării încărcărilor în spatele acestuia, dintre acestea putem enumera următoarele cazuri: încărcări date de construcțiile învecinate, încărcări date de activitatea de execuție și încărcări date de variația nivelului suprafeței terenului.
Dintre încărcările laterale ce pot să apară putem enumera: presiunea terenului, însoțită de încărcările verticale care sunt aplicate în vecinătatea peretelui și/sau forțele aplicate direct pe perete cum ar fi forțele de inerție apărute în cazul unui seism și forțele de impact (atât impactul utilajelor cât și impactul din timpul perioadei de exploatare).
Se recomandă considerarea unei suprasarcini de minimum 10 KPa ce va fi aplicată la suprafața terenului care este susținut de peretele de sprijin, atunci când adâncimea excavației este mai mare de 3 m și terenul este relativ plan. Această suprasarcină se poate reduce în cazul excavațiilor mai mici de 3 m dacă proiectantul consideră că nu există posibilitatea apariției ei pe întreaga durată de viață a structurii.
Un alt aspect foarte important care trebuie luat în considerare la proiectarea pereților de sprijin o reprezintă metoda de execuție deoarece aceasta poate duce la apariția unor eforturi suplimentare în interiorul terenului astfel: la pereții executați în foraje sau tranșee sub protecția noroiului bentonitic are loc o reducere a presiunii orizontale în timp ce la pereții executați prin îndesarea terenului are loc o creștere a acesteia.
Este foarte important ca în momentul realizării interacțiunii teren-structură să se ia în considerare efectul pe care execuția peretelui îl produce asupra stării inițiale de eforturi din teren, doarece pământul din jurul peretelui poate fi supus la diferite variații de eforturi care pot conduce la majorarea sau diminuarea presiunilor laterale.
Stratificația terenului, permeabilitatea acestuia și distribuția apei din pori, rezultate în urma măsurătorilor din teren, vor stabili presiunea apei. Având în vedere acestea proiectantul trebuie să aibă în vedere:
– Posibilitatea apariției unei surse de apă în vecinătatea peretelui pe parcursul duratei de viață a acestuia cât și existența apei la momentul actual;
– Consecințele pe care peretele le va avea asupra condițiilor hidrogeologice din zonă;
– Consecințele pe care coborârea nivelului apei subterane (atât în timpul execuției cât și în timpul exploatării) le vor avea asupra amplasamentului și vecinătăților;
– Variația presiunei apei din pori datorată plantării sau îndepărtării vegetației;
– Variația presiunei apei funcție de condițiile sezoniere.
În funcție de cele expuse mai sus proiectantul va trebui să stabilească presiunea apei și forțele de curgere atât în cazul unor situații extreme cât și în cazul situațiilor normale, ipotezele luate în considerare fiind necesar să acopere atât faza de execuție cât și faza de exploatare.
Sarcinile date de încărcările verticale
Fiecare proiect de susținere în parte va prezenta valori caracteristice ale încărcărilor verticale, funcție de metoda de execuție utilizată. Este necesară o analiză judicioasă a încărcărilor verticale asupra peretelui îngropat pentru a putea alege parametrii potriviți pentru stabilirea frecării și aderenței terenului asupra acestuia.
Un alt lucru de care trebuie să țină cont proiectantul unei lucrări de sprijin este apariția greșelilor de execuție, în special abaterea de la nivelul excavației stabilit în faza de proiectare. De aceea la stabilirea adâncimii excavațiilor planificate se va ține cont de abaterea probabilă a nivelului excavației. Proiectantul trebuie să se asigure că verificarea la stările limită ultime este îndeplinită și în cazul în care se vor realiza excavații neplanificate în fața peretelui.
Verificările la SLU presupun considerarea unui nivel al excavației coborât cu o
valoare Δa măsurată față de nivelul planificat al excavației inițiale.
Valorile abaterii Δa se vor alege astfel:
– În cazul pereților încastrați liberi la partea superioară, valoarea lui Δa va fi egală cu 10% din înălțimea peretelui de deasupra nivelului de excavare, dar nu mai mult de 0.50 m;
– În cazul unui perete îngropat sprijinit la partea superioară, valoarea lui Δa va fi egală cu 10% din distanța dintre cel mai coborât element de sprijin și nivelul excavației, însă nu mai mult de 0.50m.
În anumite situații speciale valoarea lui Δa poate fi mai mare de 0.50m. Atingerea unei stări limită în realizarea unui perete de susținere poate fi
cauzată de :
– Necunoașterea suficientă a condițiilor geologice și hidrogeologice de pe
amplasament;
– Proiectarea deficitară a peretelui și/sau utilizarea mâinii de lucru
necalificate la execuția structurii de sprijin;
– Execuția peretelui fără a ține cont de etapele tehnologice avute în vedere
la proiectare;
– Controlul inadecvat al execuției cum ar fi depășirea limitei excavației sau supraîncărcarea structurii.
Calculul unei structuri de sprijin la starea limită ultimă are ca scop stabilirea unei adâncimi minime de încastrare și stabilirea capacității portante a peretelui, necesare asigurării stabilității.
Tipurile de cedări la starea limită ultimă conform NP 124/2010 sunt prezentate în figura III.1., acestea fiind:
– Pierderea stabilității generale (cazul a1);
– Cedarea de tip rotațional (cazul a2);
– Cedarea verticală (cazul a3).
Figura III.1. Tipuri de cedări în cazul pereților îngropați
Pentru a putea verifica un perete îngropat la cedarea de tip rotațional (GEO) trebuie demonstrat prin calculele efectuate că fișa acestuia este atât de lungă încât să asigure încastrarea necesară îndeplinirii acestei verificări.
În momentul verificării cedării verticale a structurii de sprijin trebuie demonstrat că se poate obține echilibrul pe verticală utilizând valorile de calcul ale forțelor verticale ce acționează asupra peretelui și valorile rezistențelor pământului.
Condiția care trebuie îndeplinită pentru a satisface verificarea la stările limită de tip STR sau GEO este următoarea:
Ed ≤ R d , unde:
Ed – reprezintă valoarea de calcul a efectelor acțiunilor:
Ed = E {y F Frep ; XK / y M ;a d }
– dacă coeficienții parțiali se aplică asupra acțiunilor (Frep )
sau:
Ed = y E E {Frep ; XK / y M ;a d }
– dacă coeficienții parțiali se aplică asupra efectelor acțiunilor (E), unde:
E – efectul unei acțiuni,
yF – coeficient parțial pentru acțiuni,
Frep – valoarea reprezentativă a unei acțiuni,
XK – valoarea caracteristică a proprietății unui material,
yM – coeficient parțial pentru un parametru al pământului, yE – coeficient parțial pentru efectul unei acțiuni,
iar Rd este valoarea de calcul a rezistenței față de o anumită acțiune:
R d = R {y F Frep ; XK / y M ;a d }
– dacă coeficienții parțiali se aplică proprietăților terenului (X)
R d = R {y F Frep ; XK ;a d } / y R
– dacă coeficienții se aplică rezistențelor (R)
sau:
R d = R {y F Frep ; XK / y M ;a d } / y R
– dacă coeficienții parțiali se aplică simultan atât proprietăților terenului cât și rezistențelor.
În figura III.2. sunt prezentate tipurile de cedări structurale care pot să apară în cazul unui perete de sprijin a excavațiilor.
Figura III.2. Tipuri de cedări structurale
Verificarea la cedarea de tip structural (STR) se va efectua asupra tuturor elementelor structurale ale unui perete îngropat cum ar fi șpraițurile, ancorajele, peretele în sine etc.
Este de asemenea recomandat să se ia în calcul reducerea rezistenței elementului structural ca urmare a unor efecte cum ar fi rotirile mari datorate articulațiilor plastice, fisurarea secțiunilor nearmate și flambajul local al elementelor metalice.
Calculul la starea limită de exploatare se va realiza în momentul în care deformațiile peretelui și deplasările terenului sunt importante sau în momentul în care
peretele va trebui să satisfacă criterii care impun verificarea la SLE cum ar fi fisurarea pereților din beton armat.
Formula cu ajutorul căreia se realizează verificarea la SLE este:
Ed ≤ Cd , unde:
Ed – reprezintă valoarea de proiectare a efectelor tuturor acțiunilor,
Cd – reprezintă valoarea limită de proiectare a efectului unei acțiuni.
Valorile coeficienților parțiali de siguranță necesari realizării verificării la SLE
se consideră a avea valoarea unitară.
Calculul deformațiilor pentru un perete îngropat trebuie să realizeze atunci
când :
– Peretele va susține mai mult de 6.00 metri de pământ coeziv cu plasticitate redusă;
– Peretele va susține mai mult de 3.00 metri de pământ coeziv cu plasticitate
ridicată;
– Peretele este suportat de o argilă moale pe înălțimea sa sau sub baza sa.
III.2. Sprijinirile de tip mixt
În cazul acestor tipuri de sprijiniri, la proiectare, se va ține cont atât de
prevederile SR EN 1997:1:2004, NP 124/2010 cât și de prevederile standardelor specifice materialelor din care sunt alcătuite sprijinirile propriu-zise, în cazul piloților forați se vor respecta și prevederile din SR EN 1536:2004.
Aspectele care trebuie avute în vedere la proiectarea pereților îngropați sunt următoarele:
– asigurarea stabilității tranșeei sau a forajului în timpul excavării;
– asigurarea adâncimii de încastrare în roca de bază;
– respectarea acoperirii cu beton;
– evitarea apariției golurilor.
Dimensiunile uzuale ale pereților îngropați sunt prezentate în tabelul III.2. :
Tabelul III.2.
Pereții din piloți forați se pot realiza în mai multe variante dintre care enumerăm:
– piloți cu interdistanțe;
– piloți tangenți;
– piloți secanți sau joanctivi:
– piloți din beton armat alternați cu piloți din beton simplu, sau alternați cu piloți realizați din noroi bentonitic sau alternați cu piloți din beton armat.
Dimensiunile uzuale ale pereților realizați din beton armat alternați cu piloți
nearmați din beton simplu sunt prezentate în tabelul III.3.:
Tabelul III.3.
Trebuie precizat faptul că pereții realizați din beton armat amplasați la interdistanțe nu sunt recomandați a se utiliza sub nivelul apei subterane, în timp ce piloții din beton armat alternați cu piloți din noroi bentonitic nu sunt recomandați a fi utilizați ca soluție permanentă de reținere a apei din cauza contracțiilor și tendinței de fisurare a materialului.
IV.Studiu de caz privind lucrările de sprijinire la o incintă de excavație adâncă
IV.1. Generalități
Obiectul prezentei lucrări îl reprezintă proiectarea sistemului de sprijin al unei excavații adânci în mediu urban, din cadrul proiectului ce vizează realizarea unei infrastructuri de 3 subsoluri pentru o clădire de birouri. Clădirea ce urmează a fi realizată are rol de centru de afaceri, cu regimul de înălțime 3S+P+5E, H=21m, amplasată în localitatea Pitești.
Din punct de vedere tehnic, prezenta lucrare va analiza comportarea structurii îngropate prin metoda calcului clasic cât și prin utilizarea unui model computerizat, modelul elasto-plastic.
IV.2. Descrierea obiectivului
Amplasamentul se află în municipiul Pitești, în zona centrală, pe bulevardul I.C. Brătianu, conform figurii IV.1. Suprastructura clădirii este alcătuită din structuri în cadre de beton armat, pereți cărămidă/pereți cortină, fundații beton, acoperiș tip terasă.
Figura IV.1. Încadrarea în zonă (Google Earth)
Normativele de referință utilizate în cazul prezentei lucrări sunt:
• STAS 3300/85 „Teren de fundare. Principii generale de calcul”;
• NP 074/2007 „Normativ privind documentațiile geotehnice pentru construcții.
Întocmirea și verificarea documentațiilor geotehnice pentru construcții”;
• SR EN 1997-1:2004 „Eurocod 7 – Proiectarea geotehnică”
• STAS 6054/77 „Teren de fundare. Adâncimi maxime de îngheț”;
• P100-1/2013 „Cod de proiectare seismică. Partea I: Prevederi de proiectare pentru clădiri”;
• NP 120/2006 „Normativ privind cerințele de proiectare și execuție a excavațiilor adânci în zone urbane”;
• NP 124/2010 “Normativ privind proiectarea geotehnică a lucrărilor de susținere”;
• SR EN 1536-2004 „Execuția lucrărilor geotehnice speciale. Piloți forați”.
Conformarea structurală și dimensionarea acestei construcții are la bază normativul P100-1/2013. Clădirea se încadrează în clasa a II-a de importanță (conform Tabelului 4.2. Clase de importanță și de expunere la cutremur pentru clădiri).
IV.2.1. Condiții de amplasament.
Din punct de vedere seismic, amplasamentul imobilului are următoarele
caracteristici:
a) conform hărților seismice din P100-1/2013, construcția este amplasată în zona cu caracteristicile macroseismice Tc=0,7 secunde și ag=0,25g pentru IMR
225 ani;
b) conform Legii 575-2001, construcția este amplasată în zona gradului 71 macroseismic, pe scara MSK (intensitate 7 și o perioadă de revenire de 50 ani – indicele „1”)
Conform NP 124:2010, Normativ privind proiectarea geotehnică a lucrărilor de susținere, coeficientul de importanță y1 trebuie să garanteze același nivel de asigurare al structurii de susținere temporare față de evenimentul seismic ca și structura definitivă.
Conform NP 082-2004, pentru încărcări date de vânt, viteza caracteristică pentru Pitești având T=27ani este de 37m/sec, așa cum este prezentat în figura IV.2. Viteza corespunzătoare lui T=50ani este de 33m/sec.
Fig. IV.2. Valori caracteristice ale vitezei vântului mediată pe 1 min. la 10m
Conform CR 1-1-3-2005 și a hărții de macrozonare a teritoriului României prezentată în figura IV.3., pentru încărcări din zăpadă, amplasarea este în zona cu valoarea caracteristică So,k =2 kN/m2.
Fig. IV.3. Macrozonarea teritoriului României funcție de încărcarea caracteristică a zăpezii pe sol
Adâncimea de îngheț pentru Pitești, jud. Argeș, indicată conform STAS
6054/1977 și a figurii IV.4. extrase din normativ, este 0,90- 1,00 m.
Fig. IV.4. Macrozonarea teritoriului României funcție de adâncimea de îngheț
IV.2.2. Condiții geotehnice
Investigarea terenului de fundare a format obiectul unui studiu geotehnic care
a constat în realizarea a 3 foraje geotehice cu adâncimea maximă de 20.00 m.
Forajele au presupus prelevarea atât a unor probe tulburate cât și a unor probe netulburate. Utilizând aceste probe s-au efectuat încercări de determinare ale parametrilor geotehnici necesari unei proiectări judicioase: compoziția granulometrică, indicii de stare (greutăți volumice, umiditate, grad de saturație, porozitate, indicele porilor), caracteristicile de deformabilitate (modul edometric) și parametri rezistenței la forfecare (unghi de frecare internă și coeziune).
Stabilirea categoriei geotehnice, conform normativului NP 074-2007 –
„Întocmirea și verificarea documentațiilor geotehnice pentru construcții”, este prezentată în tabelul nr. IV.1.:
Tabelul IV.1.
Conform clasificării impuse de NP 074/2007, din punct de vedere al riscului
geotehnic, amplasamentul se încadrează în categoria geotehnică 2.
Pentru amplasamentul analizat, conform studiului geotehnic, structura
litologică este următoarea:
• Stratul I: umplutură; grosimea umpluturii a fost identificată în amplasament la
~0.80÷1.40m, această grosime fiind condiționată de poziția de realizare a
forajelor ;
• Stratul II: argilă cafenie, plastic consistentă; grosimea stratului fiind de 2.90m;
• Stratul III: Pietriș mic cu nisip mediu și grosier, de terasă, de îndesare medie, cu grosimea stratului de 6.20m;
• Stratul IV: Argilă mărnoasă cenușiu închisă, cu oxizi de fier, concreții calcaroase, plastic consistentă la plastic vârtoasă, cu grosimea stratului
4.20m.
• Stratul V: Argilă cenușiu închisă cu lentile de praf, plastic vârtoasă la tare, cu
grosimea de 2.80m.
• Stratul VI: Argilă mărnoasă cenușie tare, cu grosimea de 2.50 m, aceasta fiind
cota de oprire a forajului.
IV.2.3. Date hidrogeologice și climatice generale
Apa subterană nu a fost întâlnită la în lucrările de prospectare geotehnică
efectuate.
Din punct de vedere al regimului precipitațiilor atmosferice, cantitățile medii
anuale ale acestora au valori cuprinse între 750-800mm/m2.
Conform studiului geotehnic, amplasamentul nu este supus riscului unor
inundații de origine pluvială.
Din punct de vedere geomorfologic, amplasamentul se află pe terasa medie a râului Argeș, mai exact în Centrul Civic al Municipiului Pitești.
IV.2.4. Date geologice preliminare
Structura litologică a zonei cuprinde următoarele orizonturi, conform figurii
IV.5.:
– depozitele cuaternare reprezentate de cuvertura macrogranulară (nisipuri, pietrișuri, argile) cu grosime de 12m ;
– sub cuvertură urmează stratificația veche din neozoicul inferior, marne cenușii consolidate, cu intercalații subțiri de nisip, în stare îndesată. Apele prezente la adâncime în zona municipiului Pitești sunt puternic mineralizate, putând afecta elementele structurale din beton armat.
Figura IV.5. Harta geologică a amplasamentului studiat.
IV.3. Soluția de sprijinire propusă
IV.3.1. Descrierea soluției de sprijinire
Din cauza prezenței construcțiilor învecinate aflate la distanțe mici față de limita de proprietate, precum și a faptului că limitele construcției proiectate se întind până la limita de proprietate, excavațiile se vor executa sub protecția unei incinte etanșe de pereți realizați din piloți secanți.
Cota excavației finale este -10.50 m, iar din condițiile de limitare a deformațiilor orizontale ale pereților incintei și de etanșare a acesteia, piloții se forează până la cota -17.50 pentru a pătrunde în stratul de argilă, relativ impermeabil.
Piloții se vor realiza din beton clasa C25/30, vor fi rigidizați cu ajutorul unei grinzi de corononament realizată tot din beton clasa C25/30, iar pe parcursul execuției, funcție de nivelul excavației se vor monta șpraițurile propuse prin acest proiect.
Șpraițurile se vor realiza din oțel de tip S235, iar secțiunea transversală a acestora va varia funcție de cota la care sunt dispuși și eforturile secționale obținute în urma calculului automat al structurii de sprijin propuse prin acest proiect de sprijinire. Oțelul utilizat pentru realizarea filatelor este oțelul S335. În figura IV.6. este prezentat planul de situație al sistemului de sprijinire:
Figura IV.6. Plan de situație
Metoda de sprijinire aleasă constă în realizarea unor piloți secanți cu diametrul de 600 mm, dispuși la o distanță interax de 0.90 m și solidarizați la partea superioară prin intermediul unei grinzi de coronament cu dimensiunile de 0.60 m x 1.20 m. Peretele îngropat se va sprijini pe trei nivelui cu șpraițuri, lucru necesar pentru a diminua deplasările orizontale și pentru a scurta fișa piloților.
Peretele se va dispune pe toate laturile construcției, în figura IV.7. prezentată mai jos fiind prezentată o secțiune transversală a sistemului de sprijinire.
Figura IV.7. Secțiune transversală prin peretele îngropat
Lungimea piloților forați propuși este de 17.50 m, încastrarea acestora în grinda de coronament realizându-se pe toată lungimea acesteia. Piloții se vor încastra în teren pe o lungime de 7.00 m, conform figurii IV.8.
Fig IV.8. Schema soluției de sprijinire
Execuția peretelui îngropat presupune execuția piloților primari (nearmați sau de tip soft), după care, după întărirea betonului din care aceștia au fost realizați se vor executa piloții secundari din beton armat (tip hard) prin secantarea piloților primari. Se va acorda o atenție deosebită execuției piloților secundari, deoarece forarea acestora se va realiza în momentul în care betonul din piloții primari va atinge o rezistență minimă a betonului care va împiedica curgerea acestuia în forajul proaspăt realizat.
Etapele de execuție necesare realizării peretelui îngropat din piloți secanți se pot rezuma după cum urmează:
– se vor trasa pozițiile piloților și se va realiza grinda de ghidaj pentru piloții perimetrali și se va stabili ordinea de realizare a acestora;
– se va realiza forarea și betonarea piloților primari;
– se vor realiza lucrările de forare, montare a armăturilor și betonare a piloților
secundari;
– se va realiza decaparea piloților și se va turna grinda de coronament;
– se va realiza prima etapă a excavației și se va monta primul rând de șpraițuri
(cota -1.10m);
– se va realiza a doua etapă a excavației, până la adâncimea de 4.00 m și se va monta al doilea rând de șpraițuri (cota -3.20);
– se va realiza a treia etapă a excavației, până la adâncimea de 8.00 m și se va monta al treilea rând de șpraițuri (cota – 6.85 m)
– se va realiza etapa a finală a excavației până la cota -10.50 m;
– se va realiza sistemul de fundare al clădirii;
– se va demonta al treilea rând rând de șpraițuri și se va executa primul nivel al subsolului;
– se va executa subsolul numărul 2;
– se va demonta al doilea rând de șpraițuri (cota -3.20 m);
– se va demonta primul rând de șpraițuri și se va executa subsolul nr. 1.
IV.3.2. Elemente de calcul a structurii de sprijin
Pentru a realiza calculul structurii de sprijin am folosit programul DeepXcav
2011. Execuția peretelui de sprijin este necesară pentru realizarea infrastructurii clădirii propuse prin tema de proiectare.
Conform normativului NP 124/2010, se impune utilizarea unei suprasarcini pentru excavațiile a căror adâncime depășește limita de 3 m, de asemenea am considerat o valoare medie a suprasarcinii de 15 Kpa pentru fiecare nivel al construcțiilor alăturate.
Figura IV.9. prezintă elementele structurii de sprijin a excavației (piloți, șpraițuri, filate) cât și stratificația terenului conform litologiei amplasamentului.
Figura IV.9. Modelul de calcul folosit în programul de calcul automat
Calculul structurii s-a realizat conform prevederilor SR EN 1997:1:2004 și a presupus luarea în considerare a tuturor situațiilor care pot apărea pe durata de viață a construcției cât și situația în care se va depăși adâncimea excavației cu 0.50 m.
Modelarea structurii s-a realizat pentru întreaga excavație, s-au luat în calcul
toate fazele de execuție, iar parametrii utilizați la calculul structurii sunt următorii:
oed ur 0
Unde:
y – greutatea volumică, în stare naturală, a stratului de pământ considerat;
E – modulul de deformație edometrică;
ν – coeficientul lui Poisson;
ϕ – unghiul de frecare internă;
c – coeziunea stratului de pământ.
IV.3.2.1. Etapizarea execuției lucrărilor și determinarea eforturilor din structură Programul de calcul automat permite atât calculul structurii cât și etapizarea execuției acesteia, în rândurile ce urmează fiind prezentate etapele de execuție cât și
eforturile din peretele îngropat și șpraițuri.
• Etapa 1 – Turnarea piloților și a grinzii de coronament
Fig. IV.10. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota 0.00
• Etapa 2 – Realizarea primei etapa a excavației (cota -2.00)
Fig. IV.11. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -2.00
• Etapa 3 – Montarea primului rând de șpraițuri
Fig. IV.12. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -2.00 – montare șpraiț
• Etapa 4 – Realizarea excavației până la cota -4.00
Fig. IV.13. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -4.00
Fig. IV.14. Valoarea efortului din șpraiț cota -4.00
• Etapa 5 – Montarea celui de-al doilea rând de șpraițuri
Fig. IV.15. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -4.00 – montare șpraiț
• Etapa 6 – Realizarea excavației până la cota – 8.00
Fig. IV.16. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -8.00
Fig. IV.17. Valoarea efortului din șpraițuri cota -8.00
• Etapa 7 – Montarea ultimului rând de șpraițuri
Fig. IV.18. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -8.00 – montare șpraiț
• Etapa 8 – Realizarea excavației până la cota -10.50 m
Fig. IV.19. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -10.50
Fig. IV.20. Valoarea efortului din șpraițuri cota -10.50
De asemenea pentru siguranța execuției proiectului am efectuat în programul de calcul automat un calcul suplimentar indus de depășirea cotei de excavație propusă prin proiect cu 50 cm.
• Excavație suplimentară 50 cm.
Fig. IV.21. Distribuția eforturilor și diagrama deplasărilor cota -10.50
Fig. IV.22. Valoarea efortului din șpraițuri cota -11.00
În cadrul etapei nr. 1 s-a realizat betonarea piloților primari, montarea armăturilor piloților secundari, betonarea acestora și turnarea grinzilor de coronament. Se poate observa faptul că starea de eforturi din teren este nulă la această etapă.
În cadrul etapei nr. 2 și anume realizarea excavației până la cota -2.00 m se poate observa apariția eforturilor în peretele de sprijin cât și a tasărilor specifice a terenului din împrejurimi.
Montarea primului rând de șpraițuri va induce o schimbare a diagramelor pentru peretele de sprijin, fiind observată inflexiunea diagramei de moment în spre excavație și saltul specific în diagrama de forță tăietoare.
Montarea celui de-al doilea rând de șpraițuri și execuția excavației până la cota -8.00 va induce apariția unui salt în diagrama de moment, în dreptul celor două rânduri de șpraițuri, valoarea eforturilor la nivelul ultimului rând de șpraițuri montate fiind mult mai mare decât cea prezentă în cazul primului rând de șpraițuri.
Execuția excavației până la cota finală și, implicit, montarea ultimului rând de șpraițuri duce la apariția celui de-al treilea salt în diagrama de moment și a celei de
forță tăietoare, valoarea eforturilor în cazul primului rând de șpraițuri fiind infimă în
raport cu valoarea eforturilor prezente în cazul celorlalte două rânduri de șpraițuri.
IV.3.2.2. Dimensionarea structurii peretelui îngropat
În urma efectuării calculului automat au rezultat următoarele valori maxime pentru eforturile și deplasările structurii de sprijin, prezentate în tabelul IV.2.:
Tabel IV.2. Valoarea eforturilor și a deplasărilor maxime pentru fiecare etapă relevantă
Valoarea admisibilă a deplasării peretelui de sprijin îngropat a fost stabilită la
valoarea de 4 cm.
În urma centralizării datelor obținute în urma analizei automate a structurii se propune ca armarea piloților secundari să se efectueze pentru cazul cel mai defavorabil și anume execuția unei excavații accidentale.
Fig. IV.26. Armare secțiune transversală perete îngropat
Se propune armarea secțiunii utilizând 12 bare Φ 22 din oțel BST500 și o armare transversală tip fretă Φ10/10 din oțel OB37.
Betonul utilizat pentru realizarea secțiunii va fi de betonul de clasă C25/30.
Momentul capabil al secțiunii este 290.00 kNm, iar valoarea rezistenței de proiectare la forță tăietoare este 289.00 kN.
Grinda de coronament va avea dimensiunile de 0.60 x 1.20 m, se va realiza din beton armat clasa C25/30 și se va arma utilizând oțel tip BST500 pentru armătura longitudinală de rezistență, respectiv OB37 pentru armătura transversală.
IV.4. Monitorizarea execuției lucrărilor
IV.4.1. Generalități
O proiectare judicioasă presupune parcurgerea mai multor etape, începând de la stabilirea caracteristicilor amplasamentului și până la urmărirea complexă a lucrărilor, în timp, pe toată durata de exploatare a structurii.
Pentru acest proiect s-a propus utilizarea metodei inclinometrice pentru
monitorizarea deplasărilor structurii în faza de execuție cât și în faza post-execuție.
Evoluția inclinometrului clasic utilizat pentru monitorizarea alunecărilor de teren și stabilitatea taluzurilor a condus, la momentul actual, la utilizarea acestuia pentru o varietate de situații cum ar fi: monitorizarea impactului excavațiilor asupra vecinităților, monitorizarea deformațiilor structurilor și la stabilirea valorii tasării lucrărilor de terasamente pentru drumuri.
Monitorizarea alunecărilor de teren presupune determinarea zonei de forfecare, a vitezei de alunecare cât și a direcției. În mod uzual se realizează de la unul până la patru foraje, în care se va instala tubajul aparatului, de-a lungul axei centrale a alunecării. Inclinometrele sunt foarte des utilizate pentru a măsura deplasările mici prezente în zona de forfecare (de la 3 la 13 mm).
Monitorizarea stabilității taluzurilor se poate face atât în timpul execuției lucărilor cât și după terminarea acesteia. În aceste cazuri se va monta tubajul inclinometrului în foraje, exact ca în cazul monitorizării alunecărilor de teren, poziția forajelor fiind stabilită de importanța facilităților din vecinătăți. Menirea monitorizării este de a stabili și a identifica posibilele situații accidentale din structură.
Monitorizarea performanței unei structuri de sprijin presupune monitorizarea structurilor de sprijin cum ar fi palplanșele metalice, sprijinirile de tip berlinez sau a metodelor de îmbunătățire a terenului prin metoda amestecurilor. Această monitorizare urmărește să stabilească dacă structurile de sprijin sunt afectate, în mod iremediabil, de prezența unor presiuni laterale mari sau a deplasărilor. Instrumentul inclinometric poate măsura atât înclinarea cât și deformațiile diferențiale care apar în spatele sau fața peretelui, atât în timpul execuției structurii cât și după aceasta, prin această metodă putând fi determinate momentele de încovoiere.
Monitorizarea excavațiilor situate în mediul urban presupune instalarea inclinometrului pentru a stabili impactul pe care acestea îl au asupra împrejurimilor, și anume acesta măsoară deformațiile laterale semnificative care pot să apară. Inclinometrul se va instala în foraje verticale poziționate între limita excavației și clădirile învecinate. De asemenea inclinometrul poate fi instalat și în interiorul structurii de sprijin, lucru posibil prin înglobarea tubajului inclinometrului în structură.
Monitorizarea piloților și a performanței piloților forați se realizează pentru a determina deformațiile fundațiilor de adâncime supuse la încărcări laterale mari. Inclinometrul poate fi înglobat sau atașat structurii prin intermediul tubajului realizat din PVC sau oțel cu pereți subțiri. În acest caz este recomandată extinderea inclinometrului sub vârful pilotului pentru a obține o valoare de referință stabilă, lucru posibil prin forarea unei găuri în corpul pilotului după execuția acestuia.
Monitorizarea tasărilor terasamentelor se va realiza prin instalarea unui tubaj orizontal montat în stratul propus spre monitorizare. Această metodă evită intersectarea procesului de măsurare a deformațiilor cu procesul de execuție a terasamentelor.
Această metodă este utilizată în special în cazul lucrărilor de drumuri, unde este necesară stabilirea deformațiilor straturilor de sub stratul de uzură.
Inclinometrele pot detecta tasările mici înainte ca ele să fie determinate de aparatura de măsură instalată la suprafață.
Monitorizarea execuției tunelurilor presupune determinarea mișcărilor pământului sau posibilitatea apariției unei dislocări de roci, în timpul construcției tunelurilor. Inclinometrele sunt de asemenea utilizate pentru a stabili dacă s-au utilizat metode adecvate de sprijinirea și servesc ca un instrument de avertizare în cazul producerii unui accident.
IV.4.2. Montarea inclinometrului, citirea și interpretarea datelor
Pentru măsurarea deplasărilor orizontale ale peretelui îngropat s-a procedat la instalarea a unui număr de 6 tuburi inclinometrice cu o lungime de 17.50 m în puncte esențiale monitorizării deplasării terenului.
S-a utilizat un inclinometru cu senzor dublu, care permite citirea simultană a deplasărilor pe două direcții.
Fig. IV.27 Montarea tubajului aparaturii inclinometrice la partea superioară a carcasei de armătură și la partea inferioară
Citirile efectuate s-au realizat săptămânal și în fazele determinante ale
execuției sprijinirii.
În urma procesării datelor obținute la faza de măsurare pe teren au rezultat următoarele grafice ale deplasărilor efective ale structurii de sprijin:
Deplasare relativă ax A (mm)
-2,00 0,00 2,00 4,00 6,00
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
Fig. IV.28. Variația deplasărilor măsurate
în cazul axului A al structurii
Deplasare relativă ax 1 (mm)
-2,00 0,00 2,00 4,00 6,00
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
Figura IV.29. Variația deplasărilor măsurate în cazul axului 1 al structurii
Dacă vom analiza variația deplasărilor rezultate în urma rulării modelului în programul de calcul automat putem observa faptul că valoarea maximă a deplasării se întâlnește la baza excavației, fapt confirmat și de variația reală a deplasărilor măsurate cu inclinometrul.
De asemenea tot din analiza diagramelor de variație a deplasărilor rezultate din programul de calcul cât și a celor măsurate pe teren, se poate concluziona faptul că situațiile proiectate sunt acoperitoare.
V. Concluzii
Lucrarea de disertație “Sprijinirea excavațiilor adânci în spațiul urban” propune o analiză a factorilor care duc la producerea accidentelor în domeniul ingineriei geotehnice, face o analiză a principalelor metode de sprijinire utilizate în mod uzual și analizează sistemul de sprijinire executată în localitatea Pitești, județul Argeș.
În primul capitol am efectuat o analiză a principalelor cauze care duc la producerea de accidente, analizând atât factorii tehnici cât și factorii non-tehnici care duc la producerea acestora.
Dintre factorii tehnici, în marea majoritate a cazurilor cauza producerii unui accident este slaba pregătire profesională a persoanelor participante la elaborarea unui asemenea proiect. Factorii non-tehnici relevă o problemă de actualitate prezentă în domeniul construcțiilor și anume sublicitarea proiectelor, doar din dorința de a câștiga o licitație. În cele din urmă am ales să prezint o serie de pași care ar trebui urmați pentru a preîntâmpina execuțiile defectuoase ale unei structuri care poate avea efecte majore asupra unei comunități.
Continuând cele expuse în primul capitol, în cel de-al doilea capitol am prezentat principalele caracteristici ale sistemelor de sprijin utilizate în mod uzual, pentru a expune, într-un mod clar și precis, modul în care acestea se execută, situațiile în care sunt recomandate, caracteristicile, avantajele și dezavantajele acestora.
Am ales să prezint în acest capitol numai sistemele de sprijinire uzuale pentru a delimita foarte bine modul în care acestea pot fi utilizate și situațiile în care se impune utilizarea lor funcție de caracteristicile fiecărui amplasament în parte.
O proiectare judicioasă, în orice domeniu, se poate realiza numai dacă este foarte bine cunoscută comportarea elementului proiectat. De aceea, în cadrul capitolului nr. 3, am expus situațiile de proiectare care trebuie luate în calcul conform legislației în vigoare.
Capitolul numărul 4 prezintă un studiu de caz al unei sprijiniri executate în mediul urban. În cadrul acestui capitol am stabilit principalele caracteristici ale amplasamentului, dar și ale structurii de sprijin utilizate. Pentru calculul structurii am utilizat programul de calcul automat DeepXcav 2011, iar în urma calcului am extras diagramele de eforturi pentru secțiunea cea mai solicitată.
Tot în cadrul acestui capitol, am expus și graficele de variație a deplasărilor, obținute în urma măsurătorilor efectuate cu inclinometrul.
Domeniul geotehnicii este un domeniu complex care, de cele mai multe ori transformă o problemă simplă într-o problemă foarte complexă. Trebuie menționat faptul că fiecare lucrare în parte este o lucrare unică datorită parametrilor caracteristici fiecărui amplasament în parte.
De aceea pentru a proiecta și executa lucrări sigure care să reziste pe perioada de exploatare a construcției, dar în același timp să fie și performante din punct de vedere economic trebuie să parcurgem toate etapele propuse în această lucrare, începând de la analiza amănunțită a amplasamentului și terminând cu monitorizarea pe termen lung a lucrării executate pentru validarea proiectării. Fără monitorizare se pot genera situații nedorite care pot provoca mari pierderi economice și, în unele cazuri, chiar pierderi de vieți omenești.
VI. Bibliografie
1 Horațiu Popa
Recomandări privind calculul pereților de susținere a excavațiilor adânci și evaluarea riscului asociat asupra mediului, ConsPress București
Ana Nicuță și Vasile
2
Grecu
Îndrumător pentru lucrări de laborator
Nicolae Boțu și Vasile
3
Mușat
Fundații – volumul I
Anghel Stanciu și Irina
4
Lungu
Fundații – volumul I
5 Anghel Stanciu
Note de curs – Structuri de sprijin în ingineria
geotehnică
6 Irina Lungu
Note de curs – Expertizarea și reabilitarea
infrastructurii construcțiilor
7 Gouw Tjie-Liong Deep excavation failures, can they be prevented?
8 http://www.bencorconstruction.com/projects.html
www.porr.at/fileadmin/content / 03_Leistungen/
9
03_Infrastruktur / Grundbaubroschuere_de.pdf
10 Chang-Yu Ou Deep excavation theory and practice
11 DeepXcav 2011 – Theory Manual
DeepXcav 2011 – Modeling in
12
DeepXcav_Training_Strut_TwoWalls
13 NP 074-2007
Normativ privind documentațiile geotehnice pentru
construcții
14 NP120-2006
Normativ privind cerințele de proiectare și execuție a
excavațiilor adânci în zone urbane
15 NP 122-2010 Normativ privind determinarea valorilor caracteristice ți
de calcul ale parametrilor geotehnici
16 NP 123-2010 Normativ privind proiectarea geotehnică a fundațiilor pe piloți
17 P100-1:2013
Cod de proiectare seismică–Partea I–Prevederi de
proiectare pentru clădiri
18 SR EN 1536:2004 Execuția lucrărilor geotehnice speciale. Piloți forați.
19 SR EN 1991-1-1:2004
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-1: Acțiuni generale. Greutăți specifice, greutăți proprii, încărcări utile pentru clădiri.
SR EN 1991-1-
20
1:2004/AC:2009
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1- 1: Acțiuni generale – Greutăți specifice, greutăți proprii, încărcări din exploatare pentru construcții
SR EN 1991-1-
21
1:2004/NA:2006
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-1: Acțiuni generale. Greutăți specifice, greutăți proprii, încărcări utile pentru clădiri. Anexa Națională
22 SR EN 1991-1-6:2005
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-6:
Acțiuni generale. Acțiuni pe durata execuției
SR EN 1991-1-
23
6:2005/AC:2008
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-6:
Acțiuni generale. Acțiuni pe durata execuției
SR EN 1991-1-
24
6:2005/NB:2008
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-6:
Acțiuni generale. Acțiuni pe durata execuției. Anexa
Națională
25 SR EN 1997-1:2004
Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli
generale
SR EN 1997-1:2004 /
26 AC: 2009 Eurocod 7 Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli generale
SR EN 1997-
27
1:2004/NB:2007
Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli
generale Anexa națională
28 SR EN 1997-2:2007 Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 2: Investigarea și încercarea terenului
SR EN 1997-
29
2:2007/NB:2009
Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 2:
investigarea și încercarea terenului. Anexa Națională
30 SR EN 1998-1:2004
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistența la
cutremur. Partea 1: Reguli generale, acțiuni seismice și reguli pentru clădiri
SR EN 1998-
31
1:2004/NA:2008
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistență la cutremur. Partea 1: Reguli generale, acțiuni seismice și
reguli pentru clădiri. Anexa Națională
32 SR EN 1998-5:2004
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistența la cutremur. Partea 5: Fundații, structuri de susținere și
aspecte geotehnice
SR EN 1998-
33
5:2004/NA:2007
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistența la cutremur. Partea 5: Fundații, structuri de susținere și
aspecte geotehnice. Anexa Națională
34 SR EN ISO 14688- Cercetări și încercări geotehnice. Identificarea și
clasificarea
1:2004 pământurilor. Partea 1: Identificare și descriere
SR EN ISO 14688-
35
1:2004/AC:2006
Cercetări și încercări geotehnice. Identificarea úi clasificarea pământurilor. Partea 1: Identificare și
descriere
36 STAS 3300/85 Teren de fundare. Principii generale de calcul
37 STAS 6054/77 Teren de fundare. Adâncimi maxime de îngheț
VI. Bibliografie
1 Horațiu Popa
Recomandări privind calculul pereților de susținere a excavațiilor adânci și evaluarea riscului asociat asupra mediului, ConsPress București
Ana Nicuță și Vasile
2
Grecu
Îndrumător pentru lucrări de laborator
Nicolae Boțu și Vasile
3
Mușat
Fundații – volumul I
Anghel Stanciu și Irina
4
Lungu
Fundații – volumul I
5 Anghel Stanciu
Note de curs – Structuri de sprijin în ingineria
geotehnică
6 Irina Lungu
Note de curs – Expertizarea și reabilitarea
infrastructurii construcțiilor
7 Gouw Tjie-Liong Deep excavation failures, can they be prevented?
8 http://www.bencorconstruction.com/projects.html
www.porr.at/fileadmin/content / 03_Leistungen/
9
03_Infrastruktur / Grundbaubroschuere_de.pdf
10 Chang-Yu Ou Deep excavation theory and practice
11 DeepXcav 2011 – Theory Manual
DeepXcav 2011 – Modeling in
12
DeepXcav_Training_Strut_TwoWalls
13 NP 074-2007
Normativ privind documentațiile geotehnice pentru
construcții
14 NP120-2006
Normativ privind cerințele de proiectare și execuție a
excavațiilor adânci în zone urbane
15 NP 122-2010 Normativ privind determinarea valorilor caracteristice ți
de calcul ale parametrilor geotehnici
16 NP 123-2010 Normativ privind proiectarea geotehnică a fundațiilor pe piloți
17 P100-1:2013
Cod de proiectare seismică–Partea I–Prevederi de
proiectare pentru clădiri
18 SR EN 1536:2004 Execuția lucrărilor geotehnice speciale. Piloți forați.
19 SR EN 1991-1-1:2004
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-1: Acțiuni generale. Greutăți specifice, greutăți proprii, încărcări utile pentru clădiri.
SR EN 1991-1-
20
1:2004/AC:2009
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1- 1: Acțiuni generale – Greutăți specifice, greutăți proprii, încărcări din exploatare pentru construcții
SR EN 1991-1-
21
1:2004/NA:2006
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-1: Acțiuni generale. Greutăți specifice, greutăți proprii, încărcări utile pentru clădiri. Anexa Națională
22 SR EN 1991-1-6:2005
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-6:
Acțiuni generale. Acțiuni pe durata execuției
SR EN 1991-1-
23
6:2005/AC:2008
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-6:
Acțiuni generale. Acțiuni pe durata execuției
SR EN 1991-1-
24
6:2005/NB:2008
Eurocod 1: Acțiuni asupra structurilor. Partea 1-6:
Acțiuni generale. Acțiuni pe durata execuției. Anexa
Națională
25 SR EN 1997-1:2004
Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli
generale
SR EN 1997-1:2004 /
26 AC: 2009 Eurocod 7 Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli generale
SR EN 1997-
27
1:2004/NB:2007
Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli
generale Anexa națională
28 SR EN 1997-2:2007 Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 2: Investigarea și încercarea terenului
SR EN 1997-
29
2:2007/NB:2009
Eurocod 7: Proiectarea geotehnică. Partea 2:
investigarea și încercarea terenului. Anexa Națională
30 SR EN 1998-1:2004
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistența la
cutremur. Partea 1: Reguli generale, acțiuni seismice și reguli pentru clădiri
SR EN 1998-
31
1:2004/NA:2008
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistență la cutremur. Partea 1: Reguli generale, acțiuni seismice și
reguli pentru clădiri. Anexa Națională
32 SR EN 1998-5:2004
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistența la cutremur. Partea 5: Fundații, structuri de susținere și
aspecte geotehnice
SR EN 1998-
33
5:2004/NA:2007
Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistența la cutremur. Partea 5: Fundații, structuri de susținere și
aspecte geotehnice. Anexa Națională
34 SR EN ISO 14688- Cercetări și încercări geotehnice. Identificarea și
clasificarea
1:2004 pământurilor. Partea 1: Identificare și descriere
SR EN ISO 14688-
35
1:2004/AC:2006
Cercetări și încercări geotehnice. Identificarea úi clasificarea pământurilor. Partea 1: Identificare și
descriere
36 STAS 3300/85 Teren de fundare. Principii generale de calcul
37 STAS 6054/77 Teren de fundare. Adâncimi maxime de îngheț
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Preintampinarea Producerii Accidentelor In Cazul Sprijinirilor Excavatiilor Adanci (ID: 123058)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.