STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIILOR DE SPRIJINIRE A LUCRĂRILOR ÎN PANTĂ [305772]

CUPRINS

CAPITOLUL 1

STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIILOR DE SPRIJINIRE A LUCRĂRILOR ÎN PANTĂ

LUCRĂRI DE SPRIJINIRE

Împingerea pământului se preia cu lucrări de susținere care pot avea o mare varietate de soluții constructive. [anonimizat] (Coulomb sau Rankine) și împingerea pământului din alunecare.

[anonimizat]:

[anonimizat]. Din aceasta categorie fac parte zidurile de sprijin și pereții turnați sau din palplanșe.

[anonimizat], la care suprafața prin care se transmite împingerea este mai mare decât suprafața de contact dintre pământ și lucrare. [anonimizat].

[anonimizat]-[anonimizat]. Acestea sunt alcătuite din ramforți izolați și elemente de continuitate de regulă prefabricate.

După scopul pentru care se folosesc (rolul pe care îl au) lucrările de susținere pot fi împărțite în trei tipuri:

[anonimizat], a unei platforme rutiere sau stabilitatea locală a unui teren în pantă.

Lucrări de sprijinire a [anonimizat]:

sprijiniri simple;

sprijiniri cu palplanșe și batardouri;

sprijiniri cu pereți îngropați.

Lucrări de susținere a [anonimizat]. [anonimizat], ancoraje, etc.

[anonimizat]:

[anonimizat], [anonimizat]-mecanice a [anonimizat], etc. [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat];

alegerea soluției constructive pentru lucrarea de susținere, a materialului din care să se execute și a dimensiunilor lucrării în secțiune transversală;

calculul împingerii pământului pe lucrare;

verificarea soluției constructive sau alese.

[anonimizat], nu pot fi ținute în echilibru prin amenajarea în taluz. Ele sunt prezente în cazul construcțiilor amplasate în pantă pentru sistematizarea verticală a amplasamentului, [anonimizat], ale canalelor navigabile și bazinelor portuare, etc.

În general zidurile de sprijin se proiectează și amplasează în terenuri stabile, în care nu sunt suprafețe de alunecare active sau potențiale, sau dacă există asemenea suprafețe ele au o adâncime mică.

Zidurile de sprijin pot fi clasificate astfel:

a) După soluția constructivă:

ziduri clasice (din beton, beton armat, ziduri de piatră);

ziduri din gabioane;

ziduri în soluții moderne (prefabricate, pământ armat).

b) După rolul pe care îl au:

de rezistență, preiau împingerea pământului;

de captușire, asigură stabilitatea taluzurilor stâncoase degradate.

c) După amplasamentul față de calea de comunicație terestră:

de debleu, cele amplasate în amonte de drum;

de rambleu, cele amplasate în aval de drum.

Zidurile de sprijin sunt construcții masive cu lungime mare. Deoarece terenul este în general neuniform, mai ales pe asemenea lungimi mari, zidul de sprijin poate suferi degradări provocate de tasările neuniforme ale terenului. Pe de altă parte, apa care se infiltrează în spatele zidului trebuie înpiedicată să ajungă la stratul de fundare. Prin proiectare sunt prevăzute câteva elemente constructive care să limiteze la maximum degradările ulterioare execuției.

Acestea sunt:

rosturi de tasare la distanță de 5 – 6 m;

dren vertical în spatele zidului;

rigola la baza drenului;

barbacane Ø 110mm;

șanț longitudinal de preluare a apei din barbacane.

Fig. 1.1. Elemente constructive pentru ziduri de sprijin

La zidurile din beton simplu coronamentul poate fi din beton armat pentru a crea o rezistență sporită la loviturile date de bolovanii care se rostogolesc.

1.3. SOLUȚII CLASICE DE SPRIJINIRE A LUCRĂRILOR ÎN PANTĂ

Se folosesc pentru înălțimi de sprijin de până la 7-8m. Pot avea forme diferite în secțiune transversală.

Proiectarea și dimensionarea unui zid de sprijin presupune alegerea formei în secțiune transversală a materialului și a dimensiunii secțiunii. Se cunosc pentru acesta înălțimea de sprijinit (profilul transversal al amplasamentului), stratificația terenului și caracteristicile straturilor de pământ.

În funcție de aceste caracteristici se alege stratul de fundare și adâncimea de fundare, care, obligatoriu va fi sub adâncimea de îngheț cu cel puțin 20cm. Va rezulta astfel înălțimea totală a zidului H.

Se aleg celelalte dimensiuni ale zidului folosind pentru aceasta eventuale lucrări similare anterioare sau relațiile:

B= ﴾÷ ﴿ H;

B = (0,50 ÷ 1,20)m;

d = (0,50 ÷ 0,90)m;

h ≥ 0,50m

≥ 1,30; panta parament (m : 1) 3 : 1; 5:1; 10:1; ∞ : 1;

înclinare talpa 1:p 1: 0; 1:3; 1:10; ε ≥ 900; Df ≥ Hîng + 20;

Fig. 1.2 Secțiune transversală pentru zid de sprijin din beton

În cazul unui teren în spatele zidului fără coeziune și cu unghiul frecării interne Φ = 200 ÷ 350 principalele dimensiuni ale zidului pot fi alese din tabele.

După alegerea dimensiunilor se calculează greutatea zidului, inclusiv a drenului din spate, pentru o lungime de 1m.

Pentru aceasta se împarte secțiunea transversală în triunghiuri și dreptunghiuri și se calculează greutățile parțiale, precizând și poziția punctului lor de aplicație (față de punctul A sau față de mijlocul lațimii fundației).

Greutățile volumice care pot fi folosite la calculul greutății zidului sunt:

– pentru betonul simplu γ = 24KN/mc

– pentru betonul armat γ = 25KN/mc

– pentru zidarie uscată de piatra γ = 18KN/mc

– pentru dren γ = 19KN/mc

Proiectarea continuă cu calculul împingerii active a pământului din spatele zidului. La proiectarea zidului de sprijin de rambleu se va considera că sarcina din trafic, greutatea unui strat de pământ cu grosimea maximă de 1.3m.

Se pot face acum verificările zidului de sprijin pentru a vedea dacă dimensiunile alese sunt corecte.

a) Verificare la alunecare

Se calculează rezultanta tuturor forțelor verticale

V = ∑ Gi + ∑ Paiv

și rezultanta tuturor forțelor orizontale

h = ∑ Paih

Dacă talpa fundației este orizontală (θ = 0) se verifică relația:

H ≤ mh μV (1.1)

unde:

mh = 0.8 și este coeficientul condițiilor de lucru la alunecare

μ = 0.25 ÷ 0.60

și este coeficientul de frecare dintre talpa fundației și terenul de fundare.

Fig. 1.3 Schema de calcul

Dacă θ ≠ 0, se proiectează forțele V și h pe normala la talpă și pe direcția talpii, după relațiile:

N = V cos θ + H sin θ

T = H cos θ – H sin θ

Iar relația de verificare devine: T ≤ mh μ N (1.2)

Dacă relațiile (1.1) respectiv (1.2) sunt verificate, zidul de sprijin are stabilitate la alunecare. Dacă nu, se fac modificări la forma și dimensiunile zidului și se verifică din nou.

b) Verificare la răsturnare

Se calculează momentul de răsturnare Mr în raport cu punctul A (suma momentelor tuturor forțelor orizontale) și momentul de stabilitate Ms în raport cu același punct (suma momentelor tuturor forțelor verticale) și se verifică relația:

Mr ≤ ωr Ms

unde: ωr = 0.8 și este coeficientul condițiilor de lucru la răsturnare.

c) Verificarea presiunii transmisă terenului de fundare

Suprafața de contact dintre fundație și stratul de fundare are dimensiunile de 1.0m x B. Se calculează momentul tuturor forțelor în raport cu centrul suprafeței de contact 0; fie M acest moment.

Rezultă excentricitatea e = a forței verticale. Se calculează lățimea redusă a fundației B’ = B – 2 e și presiunea medie pe teren p =

Se calculează capacitatea portantă a stratului de fundare pcr (conf. STAS 3300/2-86 ) și se verifică relațiile:

p ≤ ωc pcr

( )2 ≤ = 0.11

Unde: ωc = 0.9 și este coeficientul condițiilor de lucru.

Dacă nu sunt respectate relațiile se modifică forma și dimensiunile zidului și se refac verificările.

Verificarea secțiunii dintre elevație și fundație

Aceasta verificare este necesară pentru a vedea dacă apar sau nu tensiuni de întindere în această secțiune, tensiuni care nu pot fi preluate.

Se reduc toate forțele care acționează pe elevație în raport cu centrul O1 al suprafeței de contact elevație – fundație. Pentru zidul de sprijin se obține:

V1 =G1+ G2, T1 = Pa1h + Pa2h și

M1= Pa1hx distanță + Pa2h x distanță + G1x – G2x

presiunea pe suprafața de dren B1 x 1.0 va fi:

pmax = ( 1± ) unde : e1 =

Se verifică relațiile:

pmax ≤ Rc (rezistență la compresiune a betonului din fundație)

pmîn > 0 (pmîn sa fie compresiune)

Dacă relațiile nu sunt verificate, se modifică forma și dimensiunile zidului (a secțiunii) și se refac verificările.

Dacă zidul de sprijin este din beton armat, se fac aceleași verificări cu următoarele deosebiri:

tendința de rotire a zidului sub acțiunea împingerii pământului, se apreciaza ca o parte din umplutura drenanta, delimitata zid și de dreapata b – c înclinată cu unghiul Ψ față de orizontală se va roti o datăa cu zidul și prin urmare, suprafața de sprijin față de care se va orienta împingerea activă va fi suprafața abcd.

verificarea rostului elevație – fundație se înlocuiește cu calculul armăturii din perețele vertical și din talpa orizontală (călcâi).

Greutatea zidului necesară pentru a se opune împingerii pământului se realizează cu greutatea materialului drenant de peste talpă.

Fig. 1.4 Diagrama presiunii active

Dacă este necesar, talpa poate fi prevazută cu un pinten care mobilizează rezistența pasivă a pământului pe care reazemă. În vederea armării, perețele vertical se consideră o consolă încastrata în talpă, încărcată cu presiunea activă a pământului.

Armătura superioară din talpa orizontală (călcâi) se dimensionează la momentul încovoietor din secțiunea de încastrare în perețele vertical, moment dat de greutatea drenului. Armătura inferioară din călcâi se dimensionează la reacțiunea terenului, din care se scade greutatea materialului drenant.

Zidurile de sprijin fiind construcții a caror lungime este mare în comparație cu celelalte dimensiuni, pentru a nu se produce fisurări, din cauza schimbărilor de temperatură sau a unor tasări inegale, se prevăd rosturi de dilatație care sunt și rosturi de tasare cu o lungime dintre două tronsoane de până la 15m.

Fig. 1.5 Drenarea apei din spatele zidului de sprijin

Scurgerea apelor infiltrate în terenul din spatele zidului se realizează cu ajutorul unor drenuri executate din piatră brută.

Drenurile pot fi verticale sau înclinate iar apa colectată de dren se elimină prin barbacane care sunt prevăzute în zid.

Când înălțimea de sprijinit este mare, zidul se prevede cu contraforți dispuși la o distanță de 3-4 m între ei. Se pot aplica și console pentru reducerea efectului împingerii asupra peretelui frontal.

Fig. 1.6 Zid de sprijin cu contraforți

ZIDURI DE SPRIJIN DIN GABIOANE

Gabioanele sunt cutii în formă de prismă dreptunghiulară cu muchiile din oțel beton 12mm și pereți din plasă de sârmă zincată 1.8mm.

Cutiile au înălțimea de 1.0m și se dispun una peste alta, pe o fundație din beton și se umple cu piatră brută.

Fig. 1.7 Zid de sprijin din gabioane

Fața superioară are rol de capac și se închide după umplerea cutiei.

Gabioanele de la baza elevației se dispun pe beton proaspăt pentru ca piatra sa fie parțial înglobată în beton.

Zidurile de sprijin din gabioane se proiectează pentru înălțimi de sprijinit de până la 5m, în cazurile în care piatra brută se găsește chiar pe amplasament sau foarte aproape de acesta.

Verificările care se fac la proiectare sunt aceleași cu cele prezențate la zidurile de sprijin clasice.

SOLUȚII MODERNE PENTRU ZIDURILE DE SPRIJIN

1.4.1. Ziduri de sprijin din pământ armat

Pământul armat este un material de construcție rezultat din asocierea fizică și conlucrarea structurală a unui material granular necoeziv sau slab coeziv capabil să suporte compresiuni și forfecări, cu un material de armare, capabil să suporte și întinderea. Eforturile de întindere din pământul armat vor fi transmise armăturilor prin frecarea dintre cele două materiale în zonele de contact.

Armăturile sub formă de benzi, fire, rețele, plase, sunt realizate din materiale durabile, nealterabile în timp, cu coeficient de frecare suficient de mare.

Orientarea armăturilor se face după direcțiile în care eforturile de întindere din masiv sunt importante.

Prezența armăturilor oferă de fapt pământului o coeziune pe direcția de dispunere a acestora, dar pentru ca această coeziune să se mobilizeze trebuie ca frecarea dintre pământ și armatură să aibă loc fără alunecare.

Aceasta este prima condiție a pământului armat.

Fig. 1.8 Soluție de prindere armătură – parament

A doua condiție este ca armătura să poată prelua eforturile de întindere, iar pământul pe cele de forfecare și compresiune. Pentru ca sub acțiunea sarcinilor (greutatea proprie și sarcinile exterioare) pământul din vecinatatea marginii are tendința de a parăsi spațiile dintre armături, marginea se realizează dintr-un perete subțire numit parament (ecran) de obicei din elemente prefabricate.

Fig. 1.9 Prinderea armăturilor de parament din zidărie

Un zid de sprijin din pământ armat este alcătuit dintr-o succesiune de straturi orizontale de pământ, între care sunt intercalate armăturile fixate la unul din capete de parament.

Pământul utilizat poate fi unul natural sau de origine îndustrială, dar care să îndeplinească următoarele condiții:

Sa nu conțină materii organice sau deșeuri casnice;

Sa nu prezinte o agresivitate chimică, electrochimică sau biologică față de

materialul din armături;

Sa asigure coeficientul de frecare necesar, dintre pământ și armătură (stabilit prin încercări de laborator).

În practica lucrărilor din străinătate nu s-au folosit armături cu A>15% (pământuri necoezive).

Armăturile pot fi din materiale care să satisfacă următoarele cerințe:

Sa fie suple și să aibă rezistență la întindere corespunzatoare;

Sa aibă rezistență potrivită la acțiunea factorilor degradanți mecanici, chimici, electrochimici, biologici și de mediu;

Să nu fie casante.

Materialele folosite pentru armăturile din pământul armat pot fi:

oțel inoxidabil, cuprul, oțelul ordinar galvanizat sau negalvanizat;

beton beton armat și beton precomprimat;

geosinteticele din care fac parte:

Geotextile (textile îndustriale fabricate din fibre sintetice) cu avantajele: sunt subțiri, permeabile la apă și aer, durabile, rezistente la întindere și coroziune;

Geomembranele, sunt straturi subțiri și rezistente fabricate din mase plastice, impermeabile, durabile, rezistente la coroziune; în lucrări sunt protejate pe ambele fețe cu Geotextile împotriva perforării;

Geogrilele sunt rețele de mase plastice, formate din nervuri și noduri, fără îmbinări sudate sau alte legături; se prezintă ca o placă perforată sau fire de poliester țesute sub formă de grilă, acoperite cu un strat protector din PVC negru, și de un strat de bitum cu adaosuri de polimeri și adezivi.

Paramentul trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

sa suporte eforturile din imediata vecinătate;

sa fie flexibil;

sa fie estetic;

sa aibă o tehnologie simplă de punere în operă.

Fig. 1.10 Soluții de legătură armătură – parament din metal sau beton

Fig. 1.11 Secțiune parament din beton sau metal

Fig. 1.12 Dispunerea pe verticală a elementelor de parament

Paramentul poate fi realizat din placi prefabricate de beton armat, oțel, mase plastice.

Proiectarea unui zid de sprijin din pământ armat

Etapele proiectării sunt:

alegerea materialului de terasament din corpul zidului;

alegerea tipului de armătură;

alegerea soluției pentru parament;

alegerea dimensiunilor și verificarea stabilității externe;

verificarea stabilității interne a zidului.

a) Alegerea dimensiunilor și verificarea stabilității externe

Dimensiunile care se aleg sunt adâncimea de fundare și lățimea L a blocului de pământ armat. Alegerea adâncimii de fundare se face după aceleași criterii ca la orice alt zid de sprijin. Referitor la alegerea lațimii L, ea se alege în general între 0.8Hz și 1.1Hz, Hz fiind înălțimea totală a zidului.

Stabilitatea externă a zidului este asigurată dacă sunt îndeplinite verificările la alunecare, la răsturnare, verificarea de capacitate portantă a terenului de fundare și când este cazul, verificare la alunecare generală după suprafețe circulare de alunecare. Aceste verificări se fac la fel cu cele de la zidurile de sprijin clasice.

b) Stabilitatea internă

Stabilitatea internă a zidului de sprijin din pământ armat este în pericol, dacă exista posibilitatea smulgerii armăturilor din masiv sau a ruperii acestora.

Aceste cedări se pot produce la toată armătura din zidul de sprijin (stabilitate internă globală), dar ele pot aparea și izolat la un rând oarecare de armătura (stabilitate internă locală).

1.4.2. Ziduri de sprijin din casete prefabricate

Casetele sunt cutii prefabricate, cu pereți din beton armat de 20 – 25 cm grosime, fără capac și fără fund.

Ele se așează unele peste altele pe o fundație din beton monolit. Înălțimea casetelor este de obicei de 50cm, lățimea de 1.5m și lungimea variabilă între 1.0m și 3.0m pentru a permite executarea unor ziduri cu dimensiuni cât mai variate (lățimea în secțiune transversală).

Fiecare perete are un gol central de cca. 4cm diametru, din care cutia este agățată în vederea manipularii și montării în zid. Casetele se dispun unele peste altele fără țesere (rosturi verticale continue), dar sunt îmbinate între ele cu tije scurte din oțel beton filetate la capete, introduse în golurile din pereți.

Fig. 1.13 Casetă prefabricată

Casetele sunt umplute cu pământ compactat sau cu beton. Când umplutura se face cu beton, din fundația monolită pot continua bare de oțel în umplutura de beton din cutii.

Fig. 1.14 Zid de sprijin din casete prefabricate

Un alt tip de casetă utilizată la execuția zidurilor de sprijin este:

Fig. 1.15 Zid de sprijin din casete prefabricate

cu spații ȋnierbate ȋntre ele

Casetele de acest tip se dispun astfel încât rosturile verticale să fie decalate, sau între ele se lasă spații taluzate înierbate.

Zidul se execută cu un singur tip de casetă, ceea ce simplifică execuția. Dimensiunile casetei pot varia în funcție de înălțimea zidului și de valoarea împingerii pământului. Pentru înălțimi ale zidului de sprijin de până la 4.0m forma casetei poate fi pătrată, cu laturi de 1.5m și înălțimea de 0.5m. Pentru înălțimi mai mari, casetele pot fi și dreptunghiulare.

Casetele de acest tip se umplu de obicei cu pământ. Când este necesară umplerea cu beton, casetele se dispun joantiv. Este posibil ca rândurile de jos sa fie umplute cu beton iar cele de deasupra cu pământ.

Referitor la calculul zidurilor din casete, acesta se face în mod similar cu calculul zidurilor monolite, cu următoarele precizări:

Se vor verifica tensiunile în toate rosturile orizontale în care se modifică secțiunea;

Nu se admit tensiuni de întindere în rosturi;

Când umplutura este din pământ.

Folosirea casetelor prefabricate la executarea zidurilor de sprijin reduce volumul de manoperă pe șantier, iar când umplutura este din pământ, se reduce substanțial și volumul de beton din elevație. În cazul casetelor cu interspații, conditiile de rezistență și stabilitate pe înălțimea secțiunii transversale pot fi îndeplinite prin varierea distanței dintre casete și prin mărirea secțiunii spre bază, precum și prin natura materialului de umplutură.

La dispunerea casetelor cu interspații, drenul din spatele zidului nu mai este necesar, iar prin înierbarea interspațiilor se asigură o încadrare a lucrării în peisaj.

SPRIJINIRI SIMPLE ȘI SPRIJINIRI CU PALPLANȘE

1.5.1. Sprijiniri simple

Pereții verticali ai săpăturilor mai adânci de (1,0÷1,5)m trebuie sprijiniți pentru a evita ruperea acestora și alunecarea pământului în săpături. La turnarea betonului în săpături sprijinirea se recuperează.

Pentru adâncimi de până la (5÷6)m se pot folosi sprijiniri din dulapi și grinzișoare de lemn, sau elemente metalice la inventar, numite sprijiniri simple.

În pământuri mai consistente, în care pereții săpăturii se mențin nesprijiniți pe cca. (1,0÷1,5)m adâncime, dulapii de lemn se dispun orizontal (sprijiniri simple orizontale). După executarea săpăturii pe un tronson de (1.0÷1.5)m adâncime se așează dulapii unul lângă altul sau distanțați și se fixează cu filate (dulapi sau grinzișoare) și cu șpraițuri. Distanțele dintre filată și șpraițuri se aleg.

Fig. 1.16 Sprijiniri simple cu dulapi

După ce s-a executat sprijinirea pereților primului tronson de săpătură se execută săpătură pe un al doilea tronson, apoi se excută sprijinirea pereților acestuia și așa mai departe până la cota finală a săpăturii. La sprijinirea pereților unui tronson curent de săpătură se pot folosi filate mai lungi, dispuse între filatele existente, iar după împănarea acestora, cele existente se demontează.

În pământurîle mai puțin consistente sau în cele afânate în care pereții săpăturii nu pot rămâne nesprijiniți nici măcar pe (0.5÷1.0) m adâncime, sprijinirea se face înainte de executarea săpăturii.

Dulapii sunt puși în poziție verticală unul lângă altul și sunt bătuți în pământ pe o anumită adâncime, glisați fiind de cadre de lemn sau metalice executate pe conturul săpăturii (sprijiniri simple verticale). După baterea tuturor dulapilor urmează executarea săpăturii pe o adâncime mai mică decât adâncimea de batere pentru a asigura rezemarea dulapilor pe pământ la partea inferioară. Se va executa un alt cadru orizontal pe fundul săpăturii și pe tot conturul acesteia, se bat dulapii în pământ, se adâncește săpătura și așa mai departe până se atinge cota finală.

Calculul elementelor unei sprijiniri simple se face la împingerea activă a pământului. Având în vedere alcătuirea constructivă a unei sprijiniri simple rezultă că pereții sprijinirii nu se pot deplasa sub acțiunea împingerii active.

Coeficientul presiunii active ka se apropie de coeficientul împingerii pământului în stare de repaus k0.

Pe de altă parte prin spraițuirea pereților sprijinirii, în pământul din spatele acestora se mobilizează o forță de rezistență pasivă. Rezultatul este că variația presiunii active pe pereții sprijinirilor simple diferă de cea triunghiulară stabilită la zidurile de sprijin. Studii teoretice și experimentale au arătat că practic se poate folosi diagrama din fig. a) pentru pământuri necoezive și diagrama din fig. b) pentru pământuri coezive. Folosind aceste diagrame, fiecare element al sprijinirii se verifică la presiunea cumulată.

pămȃnt necoeziv b) pămȃnt coeziv

Fig. 1.17 Diagramă de calcul al ȋmpingerii pămȃntului asupra sprijinirii

În cadrul sprijinirii simple un dulap orizontal este o grindă rezemată pe filate, încărcată cu o sarcină uniform distribuită p=(a+b)pa, schemă în care se verifică (dimensionează) secțiunea dulapului la încovoiere.

Filata este o grindă simplu rezemată pe șpraițuri (deschidere d), încărcată cu o sarcinăa uniform distribuită p = pa l și se verifică (dimensionează) secțiunea filatei la încovoiere.

Spraițul este o bară dublu articulată de lungime B încărcată cu un efort de compresiune egal cu pa d l și se verifică (dimensionează) la compresiune cu flambaj.

1.5.2. Sprijiniri cu palplanșe

Palplanșele sunt elemente prefabricate din lemn, metal sau beton armat, introduse în teren prin batere sau vibrare înainte de executarea săpăturii, și care pe lângă rolul de sprijinire a pereților săpăturii au și rol de a impiedica pătrunderea apei într-o incintă. De aceea ele se folosesc pentru săpături adânci și sub nivelul apei freatice, sau la lucrări executate pe amplasamente acoperite cu apă, unde pereții de palplanșe alcătuiesc incintă închisă în care după evacuarea apei, lucrările se execută “în uscat”.

În general palplanșele de lemn și cele din metal sunt recuperate după executarea lucrărilor. Palplanșele din beton armat fiind grele, de obicei ele ramân ca parte componentă a lucrării de infrastructură.

Palplanșele de lemn se realizează din dulapi sau grinzi, cu înălțimea secțiunii de până la 30 cm. Funcție de pericolul de înfiltratii de apă, dulapii se imbina între ei. La capete, dulapii sunt prelucrați și protejațti cu piese metalice pentru a evita distrugerea acestora la înfingerea în teren.

În vederea baterii în pământ pe traseul viitorilor pereți de palplanșe se prevăd din loc în loc (4.0 – 4.5)m și la colțuri piloți de ghidaj din lemn pe care se fixează clești din dulapi atât la suprafața terenului cât și la cca (2.0 – 3.0) m deasupra terenului iar dulapii se bat, ghidați fiind din acești clești.

Fig. 1.18 Soluții de ȋmbinare a piloților din lemn cu palplanșele

Lungimea lor se limitează la cca 20 m deoarece, la lungimi mai mari, devin prea grele și nu mai pot fi introduse în teren.

Toți pereții de palplanșe se realizează mult sub cota finală a săpăturii, pentru ca prin încastrarea în teren sub această cotă, peretele să poată prelua împingerea pământului și a apei și să asigure astfel stabilitatea pereților excavațiilor pe perioada executarii lucrărilor.

Când peretele nu poate asigura stabilitatea pereților excavațiilor numai prin încastrarea în teren sub cota săpăturii, el este rezemat (ancorat) și la partea superioară.

Fig. 1.19 Sisteme de îmbinare a palplanșelor din lemn

Palplanșele metalice sunt profile metalice speciale cu lungimi de până la 30 m. În peretele sprijinirii profilele se îmbină între ele prin intermediul unor piese de îmbinare. Palplanșele metalice se folosesc pentru săpături adânci și cȃnd peretele sprijinirii trebuie să traverseze pământuri tari, în care palplanșele de lemn nu pot fi bătute. Prin modul de dispunere a profilelor față de axul peretelui se realizează pereți cu rigiditate ridicată.

Palplanșele din beton armat sunt elemente prefabricate de tipul grinzilor, cu secțiunea dreptunghiulară, cu lățimea de până la (50÷60) cm și cu grosimea de (10÷50) cm.

Fig. 1.20 Ghidarea palplanșelor din lemn în timpul baterii

Batardourile sunt construcții alcătuite din pereți de palplanșe și umplutură de pământ sau beton. Ele se folosesc ca lucrări provizorii la executarea fundațiilor în cursuri sau bazine de apă (fundații de poduri, construcții hidrotehnice).

Fig. 1.21 Batardou cu pereți dubli din palplanșe

Pe asemenea amplasamente pereții simpli de palplanșe nu asigură etanșeitatea dorită și nici nu pot prelua presiunea apei la fundația unei culei de pod, batardoul se racordează cu malul.

Cel mai simplu batardou este realizat dintr-un perete de palplanșe și un dig de pământ.

În cazul unor adâncimi mai mari batardoul se realizează din doi pereți paraleli de palplanșe cu umplutură de pământ sau beton între pereți. Când este posibil, pereții de palplanșe se introduc până într-un strat de pământ impermeabil, pentru a impiedica înfiltrația în incintă a apei pe sub batardou. Distanța dintre pereți (grosimea batardoului) se ia aproximativ cât adâncimea apei.

Un tip special de batardou este batardoul celular în care pereții de palplanșe sunt dispuși după trasee curbe închise. Ei nu mai sunt ancorați între ei cu tiranți, împingerea umpluturii din înterior fiind preluată de îmbinarile dintre profile. Batardourile celulare se folosesc pentru adâncimi de apă de până la 25 m. diametrul celulelor se ia de obicei cât adâncimea apei.

Fig. 1.22 Batardou celular

1.5.3. Sprijiniri cu pereți turnați

Pereții îngropați sunt pereți de beton armat executați în pământ pe adâncimi de până la 50 m cu utilaje speciale (Kelly, Else, C.I.S.). Ei pot îndeplini atât rolul de susținere a pereților escavațiilor și de etanșare a incintelor cât și rolul de elemente portante pentru construcții subterane. Ca elemente de sprijinire a pereților excavațiilor pereții îngropați se execută mult sub cota finală a fundației săpăturii. La partea superioară, pereții pot fi rezemați (ancorați), pentru a reduce adâncimea de încastrare sub cota fundului săpăturii.

Din punct de vedere constructiv, pereții îngropați pot fi realizați din panouri dreptunghiulare sau din piloți forați.

Pereți îngropați din panouri

Se excută cu una din instalațiile citate mai sus. Peretele continuu se execută din panouri dreptunghiulare alăturate. Dimensiunile unui panou sunt variabile de la un utilaj la altul. Lungimea l a panoului poate fi cuprinsă între 2,20m și 8,00 iar grosimea acestuia b (a peretului) poate fi de 0.40 , 0.60 , 0,80 și 1.0.

Panourile pot fi executate pe sărite (în șah) sau unul după altul. Fiecare panou se armează cu o carcasă de armătura. Armătura nu poate fi continuă de la un panou la altul.

Excavarea se face de obicei sub protecția noroiului bentonitic. După excavare până la cota unui panou, se pun tuburile de rost se lansează carcasa de armătură și se betonează cu pîlnia fixă.

Pereții din panouri se pot prefabrica.

Fig. 1.23 Panou cu prefabricate de rost

Pereți îngropați din Piloți forați

Piloții se execută pe loc prin forare cu utilaje specifice, și pot fi tangenți sau secanți. Piloții se realizează tangenți atunci cand conditiile de etanșare nu sunt severe (în pământuri puțin permeabile). Cand debitul de apă care se poate înfiltra prin perete este mare, piloții se execută secant. Piloții tangenți se pot executa unul după altul sau pe sărite, executând într-o primă etapă piloții impari (piloți primari) și în etapa a doua piloții pari (piloți secundari).

a) b)

Fig. 1.24 Perete din piloți joantivi

Fig. 1.25 Perete din piloți secanți

Piloții secanți se execută numai pe sărite. Piloții se execută fie cu tub de protecție recuperat, fie sub protecția noroiului bentonitic.

Cand piloții sunt tangenți, se armează atât piloții primari cât și cei secundari. În varianta piloți secanți, se pot arma numai piloții secundari.

LUCRĂRI DE SPRIJINIRE CU ELEMENTE FISATE

LUCRĂRI CU BARETE

Baretele se folosesc ca elemente structurale pentru lucrări de consolidare la alunecări de teren de profunzime, având suprafața de alunecare la adâncimi de 4÷10m.Terenurile în care se folosesc baretele sunt în general pământuri coezive, care pot avea o alcătuire foarte variată. Baretele coboară în general cu 5÷7m sub planul de alunecare în pământuri cu consistența ridicată (argile tari, argile marnoase, marne).

Fig. 1.26 Soluții constructive la lucrări de consolidare cu barete

Din punct de vedere constructiv baretele se pot utiliza în următoarele soluții:

Soluții cu barete dispuse într-un singur rând

barete cu capitel izolate;

barete cu capitel și cu element intermediar de legatură;

barete grupate într-un modul prin solidarizarea lor cu o grindă.

Soluții cu barete dispuse pe două rânduri

barete grupate într-un modul prin solidarizarea lor într-un cadru spațial cu rigla de 2.6 m

Cea mai utilizată este soluția a treia. Soluțiile executate începând cu anul 1976 și care au folosit până în prezent peste 2000 de barete au prevăzut folosirea de barete din beton cu secțiunea de 2.6×0.8m și cu adâncimea de (10÷12 )m, în unele cazuri izolate atingându-se (14÷16)m. În peste 90% din cazuri săparea s-a făcut fără susținerea pereților cu noroi bentonitic. Instalațiile de săpare au fost în general de tip ESGH.

Experiența acumulată arată că în terenuri argiloase uscate sau cu infiltrații slabe, în condițiile unor adâncimi ale baretelor de maxim 12m, care permite săparea și baterea baretelor în același schimb, execuția acestora se poate face fără bentonită.

1.6.2. LUCRĂRI CU COLOANE

Coloanele se folosesc ca element al structurilor de rezistență a lucrărilor de consolidare la alunecări de teren de profunzime, având suprafața de alunecare de 4÷10m adâncime.

Terenurile în care se folosesc coloane, pot avea o alcătuire foarte variată și pot fi cu înfiltrații și cu alternanțe de straturi slabe, tubajul recuperabil permițând execuția lor în asemenea condiții.

Coloanele coboară în general la 7÷9m sub planul de alunecare în pământuri cu consistență ridicată. Soluția cu coloane are și avantajul posibilității de încastrare în roci semistâncoase sau stâncoase alterate, ceea ce nu este posibil la barete.

Din punct de vedere constructiv se utilizează următoarele soluții:

Soluția cu coloane dispuse pe un singur rând:

coloane departate solidarizate printr-o grindă;

coloane joantive solidarizate cu grindă de continuitate.

Soluții cu coloane dispuse pe două rânduri:

coloane dispuse într-un ranfort ce formează un cadru plan;

coloane dispuse într-un ranfort ce formează un cadru spatial;

în ambele soluții (3și4) ranfortul susține elemente de transmitere sub forma de plăci plane sau bolți monolite sau prefabricate;

coloane dispuse joantiv într-un perete care este descărcat prin coloane de ancoraj foarte mari adânc dispuse în spatele lor.

Fig. 1.27 Soluții constructive la lucrări de consolidare cu coloane

1.7. LUCRĂRI DE SPRIJINIRE CU ANCORAJE

Tiranții de ancorare reprezintă elemente de susținere solicitate la tracțiune care se fixează cu o extremitate într-o lucrare a cărei stabilitate trebuie asigurată iar cu cealaltă extremitate se ancorează într-un strat de pământ sau într-un masiv stâncos.

Tiranții de ancorare se folosesc pe scară largă atât la lucrări cu caracter temporar: pereți îngropați (a); pereți din palplanșe (d), cât și la lucrări cu caracter definitiv ziduri de sprijin (b); radiere generale aflate sub nivelul apei și supuse efectului de subpresiune (c); fundațiile unor construcții înalte (d).

Un domeniu în care tiranții de ancorare sunt întrebuințați din ce în ce mai mult îl constituie lucrările de stabilizare a versanților, ca de pildă coaserea unor masive stâncoase, puternic fisurate în care se operează decapări care periclitează stabilitatea.

Cel mai răspândit tip de tirant de ancorare îl constituie tirantul forat, injectat și precomprimat.

Fig. 1.28 Tiranți de ancoraje cu diferite utilizări

a)lucrări cu caracter temporar; b), c), d) lucrări cu caracter definitiv

Un tirant de ancorare este alcătuit din două părți:

armătura, formată din bare de oțel sau din cabluri din toroane de sârmă de felul celor folosite la elementele de beton precomprimat; în lungul armăturii se disting o zonă liberă și o zonă de ancorare;

bulbul, realizat prin injectarea sub presiune a unui mortar în cuprinsul zonei de ancorare a armăturii; pentru a impiedica alunecarea armăturii în înteriorul bulbului, aceasta este prevazută cu un picior format prin lărgirea extremității sau despicarea și evazarea barelor de oțel sau prin desfacerea toroanelor de sârmă.

Fig. 1.29 Ancorarea sprijinirilor

a)stȃlpi încastrați cu element de continuizare, b) zid de sprijin

Fazele principale ale execuției unui tirant de ancorare sunt:

forarea găurii – se utilizează instalații speciale de foraj;

introducerea armăturii în gaura forată; în porțiunea zonei libere armătura este protejată împotriva coroziunii printr-o teacă din material plastic;

ancorarea armăturii în teren; în gaura forată se întroduce o țeavă de înjecție prforată prin care se injectează sub presiune mortarul, separarea dintre zona liberă și zona de ancorare făcându-se printr-un obturator gonflabil;

precomprimarea tirantului punerea sub tensiune a tirantului se face la un efort cu 20÷25% mai mare decât efortul din exploatare;

protecția anticorosivă a tirantului; este funcție de durata de serviciu și de agresivitatea mediului.

Tiranții de ancorare s-au utilizat pentru susținerea unor pereți îngropați pe traseul primului tronson al metroului din București, la unele lucrări de stabilizare a versanților.

Fig. 1.30 Ancorare dublă fără elemente de continuizare

CAPITOLUL 2

SOLUȚII DE ULTIMĂ ORĂ ÎN OPTIMIZAREA FIABILITĂȚII LUCRĂRILOR DE SPRIJINIRE A TERENURILOR ÎN PANTĂ

Rezumat

Acest capitol prezintă consumul total de energie pe categorii de clădiri, precum și Strategia pentru mobilizarea investițiilor în renovarea fondului de clădiri rezidențiale și comerciale, atât publice cât și private, existente la nivel național, cu menționarea celor cinci etape necesare elaborării strategiilor.

În continuare, sunt menționate și alte măsuri pentru promovarea eficienței energetice a clădirilor industriale.

CUPRINS

2.1. SOLUȚII CONSTRUCTIVE PENTRU LUCRĂRI DE

SUSȚINERE A EXCAVAȚIILOR

Lucrările de susținere se pot defini ca fiind lucrări de construcții cu rol de reținere a pământului în săpătură sau umplutură, a unui perete vertical în excavații adînci, sau a unui mal ori versant.

Solicitarea principală la care este supusă o lucrare de susținere o reprezintă împingerea pământului. Adoptarea unei soluții de susținere pentru pereții unei săpături este impusă de caracteristicile fizico-mecanice a pământului din amplasament și de prezența apei în sol respectiv de nivelul pînzei freatice.

Prezența lucrărilor de susținere se impune și atunci cînd executarea săpăturilor nu se poate realiza în taluz, situații frecvent întîlnite în execuția construcțiilor din zonele urbane. Datorită spațiilor limitate de existența construcțiilor învecinate, a utilităților sau a căilor de comunicație, săpăturile se realizează cu pereți verticali sprijiniți.

Se regăsesc în practica curentă, construcții a căror destinație necesită realizarea de excavații adînci, cu pereți verticali, cum ar fi parcări subterane, ziduri de subsol, conducte magistrale sau galerii de metrou. Stabilitatea săpăturilor cu pereți verticali sau în taluz abrupt se asigură prin intermediul lucrărilor de sprijinire-susținere.

În funcție de caracterul utilizării în timp se întîlnesc lucrări de susținere cu caracter temporar sau cu caracter definitiv. Alcătuirea constructivă a sprijinirilor cu caracter temporar le clasifică în două categorii.

O primă categorie este cea a sprijinirilor realizate din elemente recuperabile cum ar fi sprijinirile simple, cele din palplanșe sau de tip mixt. Se regăsesc în a doua categorie

lucrări de sprijinire din elemente nerecuperabile cum ar fi pereți îngropați.

Lucrările de susținere avînd un caracter definitiv se întîlnesc atît în lucrări de suprafață cît și în construcții subterane.

Materialele care concură la realizarea acestor lucrări sunt lemnul,metalul, sau betonul, ori geosinteticele și pământul, ancorele.

Sprijinirile simple

Sprijinirile simple sunt lucrări care se realizează din lemn și metal, materiale recuperabile și au un caracter temporar.

2.1.1.1 Sprijiniri simple orizontale

În terenuri mai consistente, acolo unde pe o adîncime de 1÷1,5m peretele se menține vertical, sprijinirile se execută din dulapi de lemn dispuși orizontal. Dulapii sunt fixați cu filate realizate din material lemnos, dispuse la un interval de 1,5÷2m, sprijinite la rîndul lor de șpraițuri.

Figura 2.1 prezintă o sprijinire simplă pentru un pământ cu coeziune redusă unde dulapii sunt dispuși joantiv.

Fig. 2.1. Sprijinire simplă realizată cu dulapi dispusi orizontal [19]

În figura 2.2. este reprezentată o sprijinire simplă pentru un pământ care prezintă o coeziune mare, în care dulapii orizontali sunt dispuși cu interspații. Pe baza calculelor de rezistență se stabilesc distanțele de montaj dintre dulapi, filate și șpraițuri.

Sprijinirea simplă se execută pe tronsoane în trei etape, ca în figura 2.3., până la cota de săpătură proiectată.

Fig. 2.2. Sprijinire simpla cu dulapi de lemn dispuși cu interspații [31]

Fig. 2.3. Etalepe de realizare 1-dulap, 2- filată, 3-șpraiț [13]

Pentru săpături avînd o lățime mai mare de 5÷6m sunt necesare lucrări de contravântuire a șpraițurilor. Acestea, ca în figura 2.4, se realizează cu grinzi de lemn în plan orizontal și popi verticali. Se reduce astfel lungimea de flambaj și riscul de cedare a sprijinirii.

Fig. 2.4. Sprijinire cu contravântuire cu popi [31]

Se pot monta șpraițuri si in plan înclinat figura 2.5

Fig. 2.5. Sprijinire cu șpraițuri înclinate [31]

Se reduce astfel lungimea de flambaj și riscul de cedare a sprijinirii.

Pentru suprafețele mari de excavat se poate adopta soluția de sprijinire din figura 2.6.

Fig. 2.6. Sprijinire cu profile metalice [31]

Lucrarea de susținere este alcătuită din profile metalice montate vertical, dulapi așezați orizontal, șprijiniți de contrafișe înclinate fixate cu tălpi.

Realizare săpăturii se face combinat mecanizat și manual deoarece suprafața de lucru este obstrucționată de prezența contrafișelor.

În situațiile în care săpătura se execută în spații înguste și sprijinirea pereților se realizează ca în figura 2.7., care să ocupe un spațiu cât mai mic.

Fig. 2.7. Susținere spații înguste [31]

Această soluție constă în amplasarea unor grinzi metalice la distanța de 1,5÷2m bătute sub cota săpăturii dulapi orizontali fixați cu dispozitive metalice.

2.1.1.2 Sprijiniri simple verticale

Sprijinirile verticale se adoptă ca soluție de susținere pentru pământurile necoezive sau pământurile argiloase-prăfoase moi. Pentru pământurile care nu își pot menține pereții verticali în săpătură lucrările de susținere se realizează înaintea începerii sapăturii.

O lucrare de susținere cu dulapi verticali este prezentată în figura 2.8. Se realizează prin baterea în pământ, pe conturul săpăturii, a dulapilor verticali solidarizați prin filate orizontale cu rol de cadru de ghidaj sprijinite de șpraițuri.

Fig. 2.8. Sprijinire cu dulapi verticali [31]

Sprijinirea se realizează în trepte de săpătură respectînd condiția ca vîrful dulapilor să fie cu 0,3m sub cota săpată. Se asigură astfel rezemarea în pământ a dulapilor verticali.

Lungimea dulapilor de lemn limitează adîncimea de susținere verticală putînd fi aplicată doar pînă la adîncimi de 4÷6m.

Pentru sprijiniri simple verticale se pot atinge adîncimi mai mari aplicînd procedeul telescopic în realizarea lucrării de susținere figura 2.9.

Fig. 2.9. Sprinjinire cu dulapi verticali-metoda telescopică [31]

Acest procedeu telescopic presupune realizarea sprijinirii verticale în trepte, concomitent cu reducerea secțiunii săpăturii. În cazul executării manuale a săpăturii se amenajează platforme necesare evacuării pământului.

Executarea unei sprijiniri verticale prin procedeul telescopic conduce la realizarea unui volum de săpătură mult mai mare decît cel necesar și un consum mare de material.

Pentru evitarea acestor neajunsuri se poate adopta pentru săpături adînci o soluție de sprijinire cu dulapi verticali în sistem „marciavanti” prezentat etapizat in figura 2.10.

Fig. 2.10. Etapele de sprijinire în sistem „marciavanti” [13][20]

1- dulapi; 2 – cadre orizontale; 3 – popi; 4 – pane de ghidaj; 5 – pane

În lucrările de sprijinire prin sistemul „marciavanti”, pe cadrul de ghidaj dulapii verticali se bat înclinat, fiind fixați cu ajutorul unor pene.- etapa I . După săparea pământului la mai puțin de 0,3m de vârful dulapilor bătuți următorul cadru de ghidaj se solidarizează cu popi pe verticală. Penele de ghidaj dintre dulapi și cadre asigură unghiul de înclinare necesar dulapilor de lemn.- etapa I I. Pentru a doua treaptă se bat dulapi înclinați fixați cu pane de următorul rînd de cadre – etapa I I I. Etapele se succed pe verticală până la cota de săpătură [13][20].

2.1.1.3 Sprijiniri simple din metal

Elementele componente care alcătuiesc o sprijinire simplă, dulapi filate și șpraițuri sunt din metal. Ele au dimensiuni modulate iar șpraițurile telescopice permit asamblarea cu ușurință. O soluție de sprijinire cu elemente metalice este prezentată în figura 2.11.

Fig. 2.11. Sprijinire simplă din metal [31]

Dimensionarea și alcătuirea sprijinirilor din elemente metalice este similar sprijinirilor din lemn.

Avantajul sprijinirilor simple cu dulapi orizontali sau verticali constă în complexitatea redusă a execuției.

Dezavantajul acestor sprijiniri îl constituie consumul mare de manoperă atît pentru realizarea sprijinirii cît și pentru execuția săpăturii. Sprijinirile simple nefiind lucrări etanșe nu se aplică în cazul unor cote finale aflate sub nivelul apei subterane.

Dimensiunile în plan a lucrărilor de sprijinire simplă se stabilesc astfel încît să fie capabile să preia împingerea activă a pământului. Calculul elementelor unei sprijiniri asigură rezistența pereților și stabilitatea terenului. [13],[19]

Sprijinirile simple au posibilitatea de deformare și deplasare limitată prin alcătuirea lor. Pereții sprijinirii se pot deplasa prin acțiunea presiunii active a pământului din spatele acestuia. Șpraițuirea pereților sprijinirii conduce la mobilizarea parțială a rezistenței pasive a pământului.

Pe baza studiilor experimentale și teoretice s-au stabilit diagrame simplificate a presiunii active figura 2.12.

Fig. 2.12. Diagramă simplificată – presiune activă [13], [19]

Propunerile de diagrame simplificate au fost făcute pentru pământuri necoezive de către Tschebotarioff, iar pentru pământuri coezive de către Peck. [13], [19]

Elementele unei sprijiniri simple, dulapi,filate sau șpraițurile ori grinzile cadru, se calculează considerîndu-le din punct de vedere static simplu rezemate între două reazeme consecutive.

2.2. SPRIJINIRI DE TIP MIXT

Sprijinirile de tip mixt sunt lucrări de susținere neetanșe avînd un caracter provizoriu. Se caracterizează prin combinația materialelor care intră în alcătuirea sprijinirilor.

Pot fi combinații de metal cu lemn, metal cu beton sau numai metal.

Sistemul de susținere adoptat la construcția metroului din Berlin, care este cunoscut sub denumirea de sistemul berlinez, combină metalul cu lemnul.[53]

O secțiune a sistemului berlinez de sprijinire este prezentat în figura 2.13.

Fig. 2.13. Secțiune orizontală-Sistem berlinez [31]

Această soluție se folosește în terenuri coezive, care permit menținerea peretelui vertical pe o anumită înălțime. Elementele componente ale sistemului berlinez de sprijinire sunt profilele metalice de tip I sau H, dulapii din lemn și șpraițurile metalice.

Înainte de începerea săpăturii, pe conturul peretelui de susținere se introduc profilele metalice la o distanță de 1÷3m. Introducerea în pământ se realizează printr-un procedeu de vibrare, batere sau forare.

Rezemarea profilelor la partea inferioară se realizează prin amplasarea lor sub cota finală a săpăturii. Din punct de vedere tehnologic sistemul berlinez se realizează în etape.

Săpătura se execută pe înălțimea pînă la care pereții se mențin nesprijiniți. Dulapii din lemn se montează orizontal, pe intervalul cuprins între grinzile metalice. Se continuă activitatea de săpare și apoi montare a dulapilor pînă la cota finală.

În funcție de adîncimea pe care se realizează peretele de susținere, profilele metalice se reazemă atît la partea inferioară prin încastrare, cît și pe înălțime prin șpraițuri metalice în interior sau prin ancoraje [13], [16], [19].

Figura 2.14 [19] prezintă realizarea unei sprijiniri în sistem berlinez.

Fig. 2.14. Sprijinire în sistem berlinez [19]

2.3. SPRIJINIRI CU PALPLANȘE

Palplanșele sunt realizate din metal, lemn sau beton armat ca și elemente prefabricate. Prin sistemul lor de îmbinare palplanșele asigură etanșeitatea suprafețelor și continuitatea peretelui.

Înainte de începerea săpăturii, palplanșele sunt introduse în pământ prin procedee de vibrare batere sau presare.

Realizarea de pereți etanși a condus la adoptarea sprijinirilor cu palplanșe pentru lucrările de sprijinire a săpăturilor adînci și a celor realizate sub nivelul apei subterane.

Această soluție de sprijinire se aplică și în cazul lucrărilor cu amplasamente acoperite cu apă, pentru crearea de incinte închise, uscate, după eliminarea apei.

Palplanșele din metal și lemn se folosesc în lucrări cu caracter temporar, ele putînd fi recuperate. În lucrările cu caracter definitiv se regăsesc palplanșele din beton armat, ele constituind o parte componentă a infrastructurii construcției. [8][16][19].

2.3.1 Palplanșe din metal

Palplanșele metalice sunt confecționate cu lungimi mari de pînă la 30m. Sunt realizate din profile laminate prelucrate la cald sau la rece, cu secțiunea în formă de U, Z sau S prezentate în figura 2.15 [31].

Fig. 2.15. Tipuri de îmbinări [31]

Îmbinarea palplanșelor sau modul de alcătuire a joantelor diferă de la o formă la alta astfel:

la o secțiune de tip U a palplanșelor îmbinarea sau joantele se găsesc la fiecare punct de intersecție dintre axa profilului și axa peretelui;

la o secțiune de tip S îmbinarea este tot la al doilea punct de intersecție al axei peretelui cu axa profilului;

la secțiunea de tip Z îmbinarea se află de o parte și de alta a axei peretelui.

Palplanșele metalice se introduc în pământ printr-un procedeu de vibrare, batere sau presare. Introducerea în pământ ușor prin procedeul de batere fără a produce vibrații le recomandă a fi folosite și în zone urbane cu spații limitate de vecinătăți.

Cu o rezistență mare la încovoiere, dată de materialul din care sunt confecționate, palplanșele metalice pot pătrunde prin terenuri tari. Se pot realiza pereți de sprijinire în cazul lucrărilor mari unde sunt necesari moduli de inerție și rezistență mari cu ajutorul palplanșelor mixte.Acestea se realizează prin combinarea palplanșelor cu elemente de tip cheson, tuburi sau grinzișoare prezentate în figura 2.16a,b,c,d [31].

a. Tuburi cu palplanșe “U” b. Chesoane din profile „U” cu palplanșe „U”

c. Chesoane din profile “Z” cu palplanșe “Z”

d. Grinzișoare și palplanșe”Z”

Fig.2.16. a,b,c,d Pereți de palplanșe mixte [31]

Palplanșele metalice pot fi folosite pentru lucrări provizorii de sprijinire. Ele se pot recupera printr-un precedeu de vibrare și apoi reutiliza.

Pentru lucrările de sprijinire cu caracter definitiv palplanșele metalice vor fi protejate anticoroziv, măsură necesară, determinată de agresivitatea terenului în care se execută.

2.3.2 Palplanșe din lemn

Palplanșele din lemn sunt confecționate din lemn de esesnță tare sau rășinoase, avînd forma unor dulapi sau grinzi. Se folosesc pentru lucrări de sprijinire cu adîncimi de pînă la 8m. Dimensiunile palplanșelor din lemn lungimea și grosimea depind și de natura terenului pe care îl traversează.

Cele mai uzuale dimensiuni pentru palplanșele din lemn sunt prezentate în tabelul numărul 1.1.

Tabel 2.1. Dimensiuni uzuale palplanșe din lemn [17]

Palplanșele din lemn se introduc în pământ prin procedee de batere și vibrare.

La capete palplanșele sunt protejate cu piese metalice pentru a se evita distrugerea pe parcursul activității de montaj. Se pot deteriora în procesul de batere capul palplanșei sau virful palplanșei datorită consistenței și durității straturilor de pământ pe care le traversează.

În lucrări de sprijinire cu caracter temporar se regăsesc frecvent palplanșele din lemn. Gradul de etanșeitate a incintei se obține în funcție de debitul de apă subterană prezent în amplasament si de tipul de îmbinarea a palplanșelor. În figura 2.17 [31] sunt prezentate tipuri de îmbinări pentru palplanșe.

Fig. 2.17. Tipuri de imbinari palplanșe din lemn [31]

Sprijinirile realizate din palplanșe din lemn prevăzute cu sistem de îmbinare lambă și uluc conduc la etanșările cele mai bune.

Pentru realizarea pereților din palplanșe se intoduc la distanțe de 4÷5m și la colțuri piloți din lemn figura 2.18 [16] pe care se fixează clești din dulapi cu rol de ghidaj a palplanșelor în timpul baterii.

Fig. 2.18. Îmbinare piloți din lemn cu palplanșe [16]

Baterea palplanșelor nu se realizează pînă la cota finală. Ele se bat în trepte de adîncimi prezentat în figura 2.19.

Fig. 2.19. Perete din palplanșe din lemn [13][19]

Se evită astfel ca rostul dintr-un pachet de două palplanșe să se deschidă la întîlnirea unor obstacole pe parcursul baterii. Baterea se realizează pe tronsoane de 8÷10 pachete de palplanșe care sunt fixate în pene de clești. Distanța între tronsoane este cuprinsă între 1,5÷2,0m.

Din lucrările cu caracter definitiv palplanșele nu se pot recupera, ele fiind bătute sub nivelul apei subterane, iar prin procedeul de scoatere se distrug în mare măsură.

2.3.3 Palplanșe din beton armat

Palplanșele din beton armat se realizează ca elemnte prefabricate.Acestea se folosesc în general pentru lucrări de sprijinire cu caracter definitiv datorită dificultății procesului de recuperare.Palplanșele au o secțiune dreptunghiulară, prezentată în figura 2.20.

Fig. 2.20. Palplanșe din beton armat [31]

Îmbinarea prin lambă și uluc conduc la realizarea unui perete de sprijin etanș. Dimensiunile palplanșelor din beton pot avea valori pentru lățime de 50÷60cm, iar pentru grosime de 10÷50cm. [13],[31].

Lungimea palplanșei poate ajunge pînă la 20m, fiind limitată de greutatea proprie și dificultatea de introducere în pământ prin procedeu de batere sau vibrare.

2.4 SPRIJINIRI CU PEREȚI ÎNGOPAȚI

Pereții îngropați se întîlnesc tot mai des în practica curentă, adoptați ca lucrări de susținere. Aceștia se realizează pentru a îndeplini funcția unei lucrări de susținere, de portanță sau de etanșeitate pentru incinte.[16],[31]

În literatura de specialitate se regăsește clasificarea pereților îngropați după două criterii.

În funcție de alcătuirea constructivă sunt pereți realizați din panouri sau pereți realizați din piloți.

Raporatat la funcția de îndeplinit de susținere, de etanșare sau de portanță, pe lungimea aceleiași verticală, pereții îngropați pot fi omogeni sau compuși.

Pereții îngropați sunt pereți omogeni atunci cînd pe lungimea aceleiași verticală funcția de îndeplinit și materialul din care sunt alcătuiți sunt identice.

Pereții omogeni pot fi sub formă de pereți mulați, pereți tip mixt sau pereți prefabricați. În cazul pereților compuși pe lungimea aceleiași verticală funcția de îndeplinit se separă. [31]

2.4.1. Pereți îngopați din panouri

2.4.1.1. Pereți mulați

Pereți mulați sunt realizați din beton monolit.

Secțiunea printr-un perete din panouri este prezentată în figura 2.21.

Fig. 2.21. Secțiune perete din panouri [31]

Realizarea lor presupune parcurgerea următoarelor etape:

a) realizarea grinzilor de ghidaj avînd stabilit prin proiectare dimensiunea panourilor; în figura 2.22. a și b se prezintă amplasamentul cu grinzile de ghidaj pentru un perete mulat cu rol de etanșare [22].

Fig. 2.22. a Platforma de lucru cu grinzi de ghidaj [22]

Fig. 2.22. b Grinzi de ghidaj pentru utilaj Kelly [22]

b) excavarea panourilor cu utilaj Kelly,Else, CIS Soletanche, sub protecția noroiului bentonitic; în figura 2.23 se poate vedea excavarea panoului cu utilaj Kelly.

Fig. 2.23. Excavarea panoului cu utilaj Kelly [22]

c) montarea elementelor de rost și a carcaselor de armătură.

d) turnarea betonului în panouri cu pîlnia fixă figura 2.24.

Fig. 2.24. betonarea panoului [22]

Particularitățile lucrării precum și utilajul folosit pentru excavare conduc la stabilirea soluției privind dispunerea panourilor și dimensiunea acestora în plan. În funcție de tehnologia de execuție și tipul utilajului de săpat se deosebesc panouri primare, secundare și mixte.

Realizarea peretelui mulat din panouri primare și secundare presupune parcurgerea următoarelor etape de execuție [31]:

I – excavare panouri primare și montare tuburi de rost între panouri

II – lansare carcasă de armătură în panourile primare

III – betonare panouri primare

IV – extragerea tuburilor de rost

V – excavare panouri secundare

VI – lansare carcasă de armătură în panourile secundare

VII – betonare panouri secundare

Schematic etapele de realizare a unui perete mulat realizat din panouri primare și panouri secundare este prezentat în figura 2.25. [13][31].

Fig. 2.25. Etape de executie perete mulat alcătuit din panouri primare

și panouri secundare [13],[31].

Etapele de execuție ale unui perete mulat realizat din panouri primare și panouri de tip mixt sunt [31]:

I – excavare panou primar și montare tuburi de rost între panouri

II – lansare carcasă de armătură în panoul primar

III – betonare panoului primar și extragerea tubului de rost; săparea panoului de tip mixt și lansarea unui tub de rost la extremitatea acestuia

IV – lansare carcasă de armătură în panoul de tip mixt

V – betonare panou de tip mixt și extragerea tubului de rost; săparea următorului panou de tip mixt

În figura 2.26. sunt prezentate schematic etapele de execuție pentru un perete mulat alcătuit din panouri primare și panouri de tip mixt [31].

Fig. 2.26. Etape de realizare perete mulat alcătuit din panouri primare

și panouri de tip mixt [13],[31]

2.4.1.2. Pereți îngopați de tip mixt

Pereții de tip mixt sunt realizați cu elemente prefabricate și beton monolit. Panourile în cîmp sunt executate din beton monolit iar rosturile sunt realizate din elemente prefabricate. [13],[16]

2.4.1.3. Pereți îngropați din elemente prefabricate

Pentru realizarea pereților de susținere din elemente prefabricate se folosesc panouri prefabricate cu muchii profilate asemănător palplanșelor. Îmbinarea elementelor prefabricate poate fi de tip lambă și uluc prezentat în figura 2.27.

Fig. 2.27. Panou prefabricat îmbinare lambă și uluc [31]

sau sub formă de T care asigură stabilitatea, avînd și rolul de rost pentru panourile din cîmp cu secțiunea dreptunghiulară, prezentat în figura 2.28 [13], [31]

Fig. 2.28. Panou prefabricat îmbinare înT [31]

Asigurarea legăturii între panoul prefabricat și teren precum și etanșarea rostului dintre panourile prefabricate se realizează prin intermediului ,,fluidului de foraj autoîntăritor,[13] sau a noroiului de foraj autoîntăritor [31].

Noroiul de foraj autoîntăritor este un noroi bentonitic cu adaos de ciment și aditiv întîrzietor de priză. Noroiul trebuie să corespundă unor cerințe și anume:

caracteristicile privind densitatea ori vâscozitatea se stabilesc astfel încît să fie posibilă evacuarea lui.

întârzietorul de priză își va face efectul după lansarea elementelor prefabricate.

atingerea rezistenței necesare pentru noroiul întărit similar unui mortar, astfel încît să asigure etanșarea rosturilor și legătura între teren și panoul prefabricat, necesară începerii săpăturii.

2.5 PEREȚI ÎNGOPAȚI DIN PILOȚI FORAȚI

Există situații în care din condiții de stabilitate și rezistență, pentru sprijinirea pereților unei excavații adînci, nu se poate adopta o soluție cu pereți îngropați din panouri avînd o sectiune dreptunghiulară. Construcțiile existente pe amplasament, în imediata vecinătate a unui perete de susținere, influențează stabilitatea acestuia datorită încărcărilor transmise.

Stratificația terenului, prin prezența unor straturi de mîl și nisip fin sub nivelul apei subterane, posibil de antrenat de curentul de apă, periclitează stabilitatea și rezistența peretelui de susținere. În aceste situații se adoptă ca soluție de sprijinire pereții îngropați din piloți forați.

În funcție de rolul pe care îl au de îndeplinit de rezistență, etanșare sau combinate piloții pot fi dispuși cu interspații între ei, joantivi sau secanți.

Atunci cînd prin adîncimea de săpătură nu coboară sub nivelul apei freatice, peretele nu are și rolul de etanșare, el putînd fi realizat din piloți amplasați cu interspații ca în figura 2.29. [31].

Fig. 2.29. Perete îngropat din piloți armați dispuși cu interspații [31]

Fig. 2.30. Piloți joantivi [16]

Piloții joantivi se realizează din beton simplu sau armat funcție de mărimea solicitării și a destinației peretelui. În condițiile în care peretele de susținere are și rol de etanșare piloții vor fi dispuși joantiv sau secant. Execuția piloților se poate face în mod continuu unul după celălalt sau în șah adică pe sărite.[16]

Realizarea piloților în șah adică pe sărite impune parcurgerea a două etape. Prima etapă presupune execuția piloților primari cei cu numar impar, iar apoi în etapa a doua execuția pereților secundari cei cu număr par.

Acolo unde se impun condiții severe de etanșare peretele se realizează din piloți secanți figura 2.31 [31].

Fig. 2.31. Piloți secanți [31]

Dacă rolul de etanșare a peretelui este important și peretele nu suportă solicitări mari se armează doar piloții secundari. Piloții secanți se execută în șah adică pe sărite. În cazul unor încărcări mari care implică o rezistență ridicată a peretelui, se vor arma atît piloții secundari cît și cei primari

La proiectarea și execuția unui perete îngropat realizat din piloți secanți o atenție deosebită se acordă asigurării intersecției piloților pe toată lungimea. Pentru a nu periclita etanșeitatea peretelui, piloții secundari se execută cu o atenție deosebită, astfel încît să nu se distrugă piloții primari deja realizați [19].

Tehnologia de execuție a piloților pentru perete de susținere poate fi cu tub de protecție recuperat sau sub protecția noroiului bentonitic.

2.5.1 Piloți executați cu tub de protecție

Realizarea piloților secanți cu tub implică parcurgerea următoarelor etape:

a) Se execută piloții primari începînd cu poziționarea tubului de protecție și începerea săpăturii. Se continuă săpătura pînă la cota finală urmînd lansarea carcasei de armătură dacă aceștia sunt armați prezentată în figura 2.31. și betonare.

Fig. 2.32. Carcasa de armatura pilot [21]

(1) – bare longitudinale; (2) – freta; (3) – inele de ridigizare;

(4) – distanțieri.

b) Se revine pe traseul peretelui și se execută piloții secundari, respectînd fluxul tehnologic de la piloții primari.

Lucrările continuă alternînd tronsoane în care se execută piloți primari cu cele în care se execută piloți secundari, pînă la finalizarea întregului traseu de perete îngropat.

În figura 2.33. se prezintă în mod schematic etapele de execuție a unui pilot.

Fig. 2.33. Etape realizare pilot [33]

2.5.2 Piloți executați sub protecția noroiului bentonitic

În situațiile în care datorită caracteristicilor fizico-mecanice ale pământului nu se poate asigura stabilitatea pereților forajului, piloții se execută sub protecția noroiului bentonitic. Tehnologia de execuție prezentată schematic în figura 2.34. [12] constă în:

Fig. 2.34. Execuția pilot sub protecție noroi bentonitic [34]

înfigerea unui tub cu rol de ghidare a echipamentului de săpat și începrea săpăturii;

se introduce noroi bentonitic în groapă;

se continuă forarea gropii sub protecția pînă la cota finală;

turnarea betonului evacuînd noroiul bentonitic;

lansarea carcasei de armatură.

Aplicînd această tehnologie se pot realiza piloți în condiții dificile de amplasament și în categorii diferite de teren. Instalațiile de foraj cu gabarit redus permit execuția piloților în zone urbane pe un amplasament limitat de vecinătăți. [12].

2.5.3. Pereți îngopați din piloți CFA (Continous Flight Auger)

În zonele urbane acolo unde amplasamentul este limitat de vecinatăți, realizarea pereților îngropați din piloți se poate face cu piloți CFA (Continous Flight Auger).

Piloții CFA sau piloții cu șnec sau burghiu continuu poate fi o soluție alternativă piloților forați sub protecția noroiului bentonitic. Caracteristic tehnologiei de realizare a piloților CFA este echipamentul utilajului de forat, care are prevăzut un tub în interiorul burghiului prin intermediul căruia se toarnă betonul. Forarea piloților se face cu un șnec sau burghiu continuu, prevăzut cu o tijă găurită. După atingerea cotei finale betonul este injectat concomitent cu extragerea burghiului.După finalizarea betonării se lansează carcasa de armătură figura 2.35. [12],[34].

Fig. 2.35. Forare pilot CFA [34].

Tehnologia de execuție pentru realizarea unui pilot CFA fară tub de protecție, prezentată în figura 2.36. [12],[35] constă în parcurgerea următoarelor etape:

Fig. 2.36. Etape de execuție pilot CFA [12],[35]

realizarea forajului prin procedeu de rotire avansare în mod continuu pînă la cota stabilită prin proiectare;

turnarea betonului astfel încît acesta să ocupe volumul de pământ evacuat prin retragerea șnecului, eliminînd posibilitatea ca pereții forajului să se prăbușească;

lansarea carcasei de armătură și introducerea ei în betonul proaspăt sub greutatea proprie sau prin vibrare.

Pentru terenuri cu coeziune redusă și executați în imediata vecinătate a unor construcții piloți CFA se pot realiza cu tub de protecție recuperat. Etapele de execuție se regăsesc prezentate schematic în figura 2.37. [12],[34] sunt:

Fig. 2.37. Etape de execuție pilot CFAcu tub recuperat [12],[35]

realizarea forajului cu șnecul continuu prin rotire în sens invers cu a tubului de protecție;

turnarea betonului prin dispozitivul șnecului concomitent cu retragerea șnecului și a tubului de protecție;

lansarea carcasei de armătură și introducerea ei în betonul proaspăt turnat prin vibrare.

Realizarea piloților CFA (Continous Flight Auger) necesită dotarea cu utilaj special a cărui echipament de forat să execute o mișcare de rotire dublă pentru burghiu și pentru tubul de protecție.

2.5.4. Pereți îngopați executați prin metoda ,,jet-grouting”

O tehnologie de execuție a pereților îngropați cu rol de susținere pentru excavațiile adînci poate fi și ,,jet-grouting,, Aceasta constă în restructurarea pământului prin injectarea unui mortar de ciment cu o presiune foarte mare figura 2.38.

Fig. 2.38. Tehnologia ,,jet-grouting” [31]

Fracturarea hidraulică a pământului a fost folosită începînd cu anul 1948 în industria petrolului și gazelor.

Echipamentul utilajului de forat este prevăzut cu o tijă perforată care distribuie radial în jurul forajului mortarul de ciment. Se formează astfel coloane, executate din amestecul de pământ și mortar de ciment, care printr-o dispunere tangentă sau secantă a acestora realizează pereții de susținere [31].

Funcție de condițiile din teren se pot realiza coloane în sistem simplu în care jetul injectat este din suspensie de ciment, în sistem dublu la care jetul din suspensia de mortar este înconjurat de aer comprimat și sistemul triplu compus din jet de apă înconjurat de aer comprimat și alt jet de mortar separat.

Aplicarea acestei tehnologii conduce la costuri ridicate de execuție ceea ce o face mai puțin adoptată ca soluție de realizare a pereților de susținere dar aplicată frecvent ca soluție de consolidare.

2.5.5 Pereți de susținere prin metoda CSM (Cut Soil Mixit)

Metoda CSM (Cut Soil Mixit) – amestec cu solul frezat, este derivată din tehnologia cutter-Bauer. Utilajul are echipamentul de forat din roți rotative și dinți de tăiere cu plăci de forfecare montate vertical figura 2.39.

Fig. 2.39. Tehnologia CSM [34]

Caracteristic metodei este că pământul săpat nu este evacuat el fiind folosit ca material de construcție pentru realizarea peretelui de susținere. Tehnologia constă în săparea, introducerea concomitentă a betonului lichid prin coloana de frezat, amestecarea acestora și presarea înspre pereții golului. Omogenizarea amestecului format din pământ si fluidul de beton este asigurată de rotirea roților rezultînd un mortar omogen. Direcția de rotire poate fi modificată pe parcursul execuției. Viteza medie de penetrare este de 20-60cm / min. [34]

Continuitatea peretelui de susținere este realizată prin execuția de panouri primare și secundare figura 2.40. tehnologie similară cu cea a piloților secanți.

Fig. 2.40. Tehnologia CSM [34]

Dimensiunile cele mai frecvent întîlnite pentru pereții îngropați ca soluție de susținere a excavațiilor se fegăsesc in Tabelul 3.3. [31]

Tabelul 1.3. Dimensiuni uzuale pentru pereți îngropați

2.6 SOLUȚII DE SPRIJINIRE A PEREȚILOR DE SUSȚINERE

În funcție de modul în care pereții de susținere preiau solicitările se întîlnesc pereți de susțire în consolă, autoportanți sau pereți de susținere rezemați. [31]

2.6.1 Pereți de susținere în consolă

Realizarea pereților de susținere în consolă presupune parcurgerea etapelor prezentate în figura 2.41. [31], [21].

Fig. 2.41. Etapele realizării peretelui în consolă [31]

În timpul derulării activității de excavare, peretele de susținere în consolă are stabilitatea asigurată prin încastrarea acestuia în teren.

2.6.2 Pereți de susținere rezemați

2.6.2.1 Rezemare prin metoda „top-down” sau „milaneză”

Pereții de susținere pot fi rezemați prin elemente de construcție care sunt parte integrantă a infrastructurii. Tehnologia de execuție se regăsește în literatura de specialitate sub denumirea de procedeul „top-down”(de sus în jos) sau metoda „milaneză”.

Aplicînd procedeul „top-down” pentru execuția unui perete de susținere se parcurg următoarele etape figura 2.42. [31].

Fig. 2.42. Etape de execuție prin procedeul „top-down” [31]

În prima etapă se realizează peretele pe conturul construcției împreună cu fundația structurii pe o soluție cu piloți sau barete. Activitatea continuă cu excavarea pământului din interior pînă la cota primului planșeu al subsolului. Se execută primul planșeu care reazemă pe peretele realizat pe contur și pe stîlpii interiori.

Planșeul este prevăzut cu goluri tehnologice pentru a asigura accesul utilajelor de săpat și evacuarea pământului. Excavația continuă pînă la cota următorului planșeu care se execută similar cu primul. Se continuă excavarea pînă la realizarea ultimului planșeu, apoi pînă la cota radierului aferentă structurii subsolului și betonarea acestuia.

Acest procedeu permite execuția structurii subsolului de sus în jos concomitent cu execuția suprastructurii de jos în sus. Aplicarea acestui procedeu impune folosirea unor utilaje cu gabarit redus, avînd spații limitate de manevră pentru excavat și evacuat pământul săpat, care conduc la o execuție anevoioasă.[80]

2.6.3 Sisteme de rezemare a pereților de susținere

2.6.3.1 Soluția de rezemare cu șpraițuri

Eforturile rezultate din împingerea pământului sunt preluate de șpaițuri, folosite ca elelente de rezemare din prifile metalice H avînd secțiuni rectangulare sau tubulare. Această soluție de rezemare are un caracter provizoriu, asigurînd stabilitatea pereților de susținere pe parcursul execuției structurii. Șpraițurile se îndepărtează pe măsură ce se realizează construcția structurii încînd de jos în sus. [31]

Soluția de rezemare a pereților de susținere cu șpraituri prezintă un mare dezavantaj privind spațiul de desfășurare a lucrărilor. Atît lucrările de excavare cît și cele de realizare a structuri se desfașoară cu dificultate datorită spatiului limitat de prezența șpraițurilor.

Pentru deschideri mari rezemarea poate fi făcută prin sprijinirea de fundul excavației cu ajutorul unor contrafișe.

2.6.3.2 Soluția de rezemare cu ancoraje

Aplicarea soluției de rezemare a pereților de susținere prin intermediul ancorajelor asigură o incintă liberă, în care activitatea de excavare și apoi de construire a structurii se poate desfășura fără a fi obstrucționată de prezența altor elemente de sprijin.

În terenuri slabe sau atunci cînd în vecinătate există alte construcții care pot fi afectate prin execuția ancorajelor, acestă soluție de rezemare nu se recomandă a fi adoptată.

Soluția de rezemare cu ancoraje se poate aborda în două variante [14],[31]:

cu tiranți pasivi care transmit solicitarea preluată din reazem la o placă de ancoraj figura 2.43. sau care transmit încărcarea la un bloc de beton care în cazul unor solicitări mari se fixează printr-o capră de piloți figura 2.44.

Fig. 2.43. Tirant pasiv care transmite încărcarea unei plăci de ancoraj [31]

Fig. 2.44. Tirant pasiv care transmite încărcarea unui bloc de beton [31]

cu tiranți forați, injectați și pretensionați care sunt indicați în cazul în care terenul susținut de perete este abrupt și atunci cînd nivelul de ancorare este sub nivelel apei subterane [14],[31]. În situația în care prin tehnologia de execuție nu se poate preveni curgerea apei, sau dacă nivelul hidrostatic nu poate fi coborît astfel încît punctul de pornire a a forajului să fie deasupra acestuia, nu se recomandă folosirea tiranților forați, injectați și pretensionați.

În figura 2.45 este prezentat un tirant forat, injectat și pretensionat, care pot fi instalați pe mai multe niveluri [31].

Fig. 2.45. Tirant forat, injectat și pretensionat [31]

Adoptarea tiranților forați, injectați și pretensionați ca soluție de rezemare a pereților de susținere aduc unele avantaje dar și limitări care sunt prezentate în tabelul 2.4.

Tab. 2.4. Avantaje și limitări ale tiranților forați, injectați și pretensionați [31]

Fig. 2.46. Ancoraje în teren pentru pereții unei incinte [33]

2.6.3.3 Soluția de rezemare cu contrabanchete

Adoptarea soluției de rezemare cu contrabanchete de pământ conduce la reducerea deplasării peretelui și asigurarea unui anumit grad de stabilitate determint de elementele geometrice ale contrabanchetei figura 2.47. [31]

Fig. 2.47. Elemente geometrice ale contrabanchetei [31]

Înălțimea H și lățimea B ale contrabanchetei sunt în funcție de suprafața amplasamentului și accesul din excavație, iar panta 1:m este dependentă de parametrii geotehnici ai pământului.

Contrabanchetele pot fi utilizate în combinație cu soluția de rezemare cu contrafișe. Reducerea dimensiunii contrabanchetei sau înlăturarea prematură a acesteia poate conduce la cedarea peretelui. Figura 2.48. prezintă etapele de execuție pentru acestă soluție de rezemare. [14],[31]

Fig. 2.48. Utilizarea contrabanchetelor din pământ în combinație

cu soluția de rezemare cu contrafișe [31]

Soluția de rezemare a peretelui de susținere prin structura realizată, combinată cu soluția prin contrabanchete poate constitui o soluție alternativă de rezemare. Contrabancheta poate fi îndepărtată după realizarea structurii care să fie capabilă să preia solicitările date de peretele de susținere [14],[31].

În figura 2.49. sunt redate etapele de executat pentru această soluție de rezemare.

Fig. 2.49. Utilizarea contrabanchetelor din pământ în combinație cu

rezemarea peretelui de infrastructură executată în incinta excavată [31]

Atunci cînd pentru realizarea reazemului permanent se impune îndepărtarea contrabanchetei pe o anumită lungime, stabilitatea și deplasarea peretelui se poate estima printr-o analiză tridimensională dificil de realizat fapt ce recomandă și aplicarea unor metode observaționale. [14],[31]

CAPITOLUL 3

STUDII ȘI CERCETĂRI COMPARATIVE PRIVIND OPTIMIZAREA FIABILITĂȚII LUCRĂRILOR DE SPRIJINIRE A TERENURILOR ÎN PANTĂ

Rezumat

În capitolul de față, sunt definite condițiile de rezistență, stabilitate și rigiditate, precum și condițiile privind mecanismul structural de disipare a energiei la acțiuni seismice, condițiile privind ductilitatea locală și evitarea ruperilor cu caracter casant și condițiile specifice structurilor prefabricate sau mixte.

În continuare sunt detaliate principiile de proiectare a tuturor elementelor componente ale construcției.

CUPRINS

Preliminarii

Amenajarea terenului între două cote diferite, poate fi făcută cu un perete de pământ notat AB, având o înclinare β față de orizontală, care să asigure stabilitatea masivului delimitat. Acest perete reprezintă un taluz Figura 3.1.a. Un taluz natural de lungime mare sau succesiunea unor taluzuri de lungimi mai mici constitue un versant Figura 3.1.b [33].

Figura 3.1.a – taluz Figura 3.1.b – versant

Din punctul de vedere al provenienței, taluzul poate fi artificial, ca urmare a activității tehnice a omului, sau natural. În practica executării lucrărilor de construcții apare frecvent necesitatea realizării de taluzuri la:

1. Lucrări cu caracter provizoriu:

săpături pentru fundații;

excavații în balastieră, carieră.

2 . Lucrări definitive:

terasamente pentru lucrări hidrotehnice (canale);

terasamente pentru căi ferate;

terasamente pentru drumuri;

diguri, baraje de pământ;

canale navigabile sau pentru irigații.

Activitățile inginerești de realizare a unor lucrări de terasamente – excavații, conduc la modificarea echilibrului și a stării de tensiuni în masivul de pământ. O importanță deosebită se acordă dimensionării taluzului artificial astfel încât să fie asigurată stabilitatea lui în perioada de exploatare.

În timp, atât versanții, cât și taluzurile suferă modificări datorită unor cauze naturale sau a intervenției omului, manifestate prin apariția unor fenomene de instabilitate. Alunecările de teren sunt fenomene fizico-geologice care se produc în zona superficială a scoarței Pământului, și sunt rezultatul acțiunii combinate a gravitației și a infiltrațiilor de apă. Alunecările de teren reprezintă o restabilire a echilibrului prin deplasarea unei mase de pământ din masiv spre baza taluzului. Această deplasare poate fi lentă sau rapidă, producându-se pe suprafețe de alunecare a căror formă este în funcție de proprietățile fizico-mecanice a masivului de pământ care poate fi plană dreaptă, plană frântă sau curbă [26],[28].

Pierderea stabilității unui taluz sau versant se produce atunci când în anumite zone din masivul de pământ este depășită rezistența la forfecare a pământului. În practica inginerească, stabilitatea versanților și a taluzurilor reprezintă o nedeterminare datorită multitudinii de factori care intervin [12].

În documentele UNESCO sunt prezentate alunecările de teren în stadii de evoluție în timp (Figura 3.2.) astfel:

Figura 3.2. Clasificare UNESCO – Stadii evoluție în timp

a alunecărilor [26]

a) alunecări active – cele care se produc în prezent;

b) alunecări stabilizate – care au fost active în trecut;

c) alunecări inactive – cu o vechime mai mare de un an;

d) alunecări reactive – cele care sunt active după o perioadă de inactivitate;

e) alunecări stabilizate.

3.2. Elementele componente a alunecării

Alunecarea de teren poate fi caracterizată cantitativ și calitativ prin următoarele elemente (Figura 3.3) [23]:

treapta de desprindere principală;

coronamentul;

capul alunecării;

terasa alunecării;

flancul drept sau stîng a alunecării;

piciorul alunecării;

baza alunecării;

suprafața de rupere sau alunecare;

corpul alunecării;

fisurile sau crevasele care pot fi produse de întindere, de forfecare sau de compresiune.

Figura 3.3. Elementele componente a alunecării [23],[26]

Cuantificarea dimensiunii unei alunecări este determinată de lungime, lățime și adâncime – Figura 3.4. [23],[26].

Figura 3.4. Dimensiunile alunecării [23],[26]

3.3. Clasificarea alunecărilor de teren

În literatura de specialitate se regăsesc clasificări pentru alunecările de teren stabilite în funcție de factorii care au condus la aceste fenomene. Primele clasificări au fost făcute de Heim (1882) urmat de Howe (1909) și Almagia (1910).

Terzaghi (1925) stabilește o clasificare a alunecărilor de teren în funcție de proprietățile fizice a pământului. În 1938 Sharpe propune o clasificare în funcție de categoria pământului alunecat, ritmul și tipul alunecării.

Comitetul de alunecări pentru drumuri din Consiliul de cercetare (Eckel,1958) adoptă o clasificare asemănătoare celei stabilită de Varnes (1958), în alunecări regresive și progresive Figura 3.5. [26],[28].

Alunecările regresive sau delapsive (glisante) încep la baza versantului și evoluează în sens invers alunecării, iar la alunecările progresive sau detrusive (împingătoare) fenomenul începe în partea superioară și se propagă pe direcția alunecării.

Savarenski (1937) clasifică alunecările de teren după forma suprafeței de alunecare și în raport cu direcția de cădere, stabilind trei tipuri de alunecări asecvente, consecvente și insecvente (Figura 3.6.) [1],[3],[7],[26].

Figura 3.5. Clasificare alunecări în funcție de direcția de evoluție [26]

Alunecări asecvente:

Deluviu pe roci de bază Alunecări în roci stratificate

Alunecări consecvente:

Alunecări insecvente:

Alunecări în roci argiloase Alunecări în roci fisurate

Figura 3.6. Tipuri de alunecări [26]

Considerând ca o caracteristică importantă adâncimea suprafeței de alunecare Savarenski propune următoarea clasificare a alunecărilor tabelul 3.1 [36]

Tab. 3.1. Clasificarea alunecărilor în funcție de

adâncimea suprafeței de alunecare [36]

Q. Zabura și V. Mencl Luând în considerare condițiile geologice și grupând terenurile în funcție de caracteristici simple care pot fi stabilite pe amplasament au stabilit următoarea clasificare [28]:

A) Alunecări de depozite superficiale (luturi de pantă, deluviu) datorită agenților de suprafață:

a) curgeri lente de deluviu sau grohotiș;

b) alunecări lamelare;

c) curgeri de pământ;

d) curgeri torențiale, lichefieri de nisipuri.

B) Alunecări de roci pelitice neconsolidate sau parțial consolidate (argile, marne, argilite, șisturi pelitice), care se produc în următoarele condiții:

a) pe suprafețe cilindrice, când rezistența la forfecare este depășită;

b) pe suprafețe preexistente sau vechi planuri de separație;

c) prin refularea straturilor mai de dedesubt (incluzând alunecarea umpluturilor datorită aceluiași proces).

C) Alunecări de roci stâncoase:

a) alunecări pe suprafețe preexistente (de strat, de șistuozitate, planuri de contact sau dislocare);

b) deformații lente de lungă durată ale versanților de munte;

c) prăbușiri de roci.

D) Tipuri speciale de alunecări:

a) soliflucțiune;

b) alunecări în argile sensibile (sensitive);

c) alunecări subacvatice.

Fenomenul de alunecare ca o consecință a modificării stării de tensiuni din masivul de pământ și a rezistenței la forfecare a acestuia, se manifestă în timp cu viteze diferite. În desfășurarea în timp a procesului de alunecare se definesc trei etape distincte propuse de Terzaghi Fgura 3.7. [37],[23] astfel:

1) prepararea alunecării – perioadă în care coeficientul de siguranță se reduce și începe să se producă o deformare lentă;

2) paroxism – producerea fenomenului de alunecare care se poate produce brusc sau se poate derula pe parcursul a mai multor zile;

3) amortizarea – fenomen care poate dura luni sau ani de zile timp în care acțiunile active și reactive conduc către o echilibrare a masivului alunecat.

Figura 3.7. Evoluția în timp a fenomenului de alunecare după Terzaghi [26]

3.4. Aspecte privind analiza stabilității unui versant

Metode de calcul

3.4.1 Definirea factorului de stabilitate sau a coeficientului de siguranță

Pierderea stabilității unui versant sau taluz se poate produce prin atingerea și depășirea rezistenței la forfecare, prin creșterea încărcării ori a intervenției umane prin lucrări de terasamente. Procesul de alunecare apare și în urma fenomenelor naturale de tipul seismului sau a inundațiilor.

Determinarea stabilității unui versant sau taluz se face pe baza factorului de stabilitate sau a conceptului de coeficient de siguranță la alunecare, analizat în condițiile unui moment dat, și este controlată de rezistența la forfecare a pământului din care este alcătuit.

Depășirea rezistenței la forfecare conform criteriului Mohr-Coulomb a unui punct T din interiorul masivului se produce prin modificarea stării de tensiuni, evidențiate de creșterea razei cercului lui Mohr și reducerea rezistenței la forfecare, dreapta lui Coulomb modificându-și poziția prin micșorarea unghiului frecării interne și a coeziunii c. (Figura 3.8.) [25].

Figura 3.8. Evoluția stării de tensiuni [25]

Factorul de stabilitate notat cu Fs poate fi cuantificat prin raportul dintre rezistența la forfecare τf și rezistența mobilizată sau necesară τ a masivului de pământ.

Fs = (3.1)

Se poate spune că atunci când:

Fs > 1 masivul de pământ este stabil

Fs = 1 masivul de pământ este în echilibru limită

Fs < 1 masivul de pământ este instabil

Rezistența disponibilă τf aferentă unei tensiuni normale σ rezultă din caracteristicile de forfecare și c determinate prin încercări, iar rezistența necesară sau mobilizată τ este tensiunea tangențială produsă în pământ de încărcare și ea se calculează.

În normativele în vigoare se precizează valoarea coeficientului de siguranță admisibil Fadm pentru diferite categorii de lucrări (diguri din pământ, terasamente CF, ramblee pentru drumuri).

Coeficientul de siguranță pentru terasamentele de drumuri (Conform STAS 2914-84) are următoarele valori admisibile Fs adm = 1,3 ÷ 1,5.

Coeficientul de siguranță pentru terasamente de căi ferate în funcție de trafic și categoria terasamentului conform STAS 7582-91 este prezentat în tabelul 3.2.

Tab. 3.2. Coeficientul de siguranță pentru terasamente de căi ferate

[STAS 7582-91]

Estimarea gradului de stabilitate a unui taluz se face cu ajutorul unei comparații între coeficientul de siguranță admisibil și cel calculat.

Fs < Fs adm (3.2)

unde:

Fs – reprezintă factorul de stabilitate sau coeficientul de siguranță al versantului stabilit prin diferite metode de calcul

Fs adm – reprezintă factorul de stabilitate sau coeficientul de siguranță al versantului admis prin norme pentru diferite tipuri de versanți sau lucrări.

Valoarea factorului de stabilitate sau a coeficientului de siguranță depinde de structura geologică a masivului de pământ, de starea de tensiuni și deformații existente, de caracteristicile masivului, presiunea apei din pori și de prezența discontinuităților a crăpăturilor și golurilor.

În cazul alunecărilor cu suprafețe plane sau de translație de alunecare factorul de stabilitate se definește prin raportul dintre suma forțelor stabilizatoare și suma forțelor destabilizatoare. Pentru suprafețe curbe sau de rotație de alunecare factorul de stabilitate este raportul dintre suma momentelor de stabilitate și suma momentelor de răsturnare calculate față de centrul cercului de rotație [21].

Atunci când este cunoscută suprafața de alunecare, valoarea factorului de stabilitate se poate calcula, doar în cazul în care, ruperea pământului și alunecarea s-au produs. Acest fapt impune determinarea factorului de stabilitate pentru mai multe suprafețe de alunecare posibile, alegând valoarea minimă pentru coeficientul de siguranță din ansamblu de ipoteze.

Indiferent de modul de estimare a factorului de stabilitate, valoarea lui este egală cu unitatea atunci când se declanșează alunecarea și cu o valoare supraunitară cuprinsă între 1,2÷2,0, atunci când versantul supus analizei este stabil.

Analiza stabilității unui versant sau taluz presupune estimarea factorului de stabilitate prin aplicarea unei metode din cele două categorii [21],[26]:

1) Metode care au la bază conceptul de echilibru limită care definesc factorul de stabilitate ca efect a acțiunii unui ansamblu de forțe active și pasive. Aceste metode consideră o suprafață de alunecare cunoscută acceptînd că pe toată suprafața ei factorul de stabilitate este egal cu unitatea.

2) Metode de estimare a deformațiilor, care pentru determinarea stării de tensiuni din masivul de pământ, folosesc legi constitutive a acestuia și compară tensiunile și deformațiile cu rezistența disponibilă determinînd suprafața de alunecare.

Metodele având la bază echilibrul limită se deosebesc între ele prin numărul de ecuații de echilibru satisfăcute și prin condițiile suplimentare necesar a fi îndeplinite.

Parametrii rezistenței la forfecare exprimați în funcție de tensiunile totale sunt notați cu c și iar cei exprimați în funcție de tensiunile efective cu c, și ,.

Folosind în analiză tensiuni totale parametrii rezistenței la forfecare sunt determinați prin încercări nedrenate, neglijând presiunea apei din pori. În cazul utilizării tensiunilor efective, acestea folosesc parametrii rezistenței la forfecare c, și , determinați prin încercări drenate.

Luând în considerare diversitatea de pământuri și situații de analiză, în teren permeabil și teren impermeabil, Duncan (Chowdhury R. 2010) propune o eșalonare a condițiilor drenate sau nedrenate în funcție de coeficientul de permeabilitate astfel [21]:

pentru k > 10-4 cm/sec – se consideră teren drenat;

pentru k < 10-7 cm/sec – se consideră teren nedrenat.

În Tabelul 3.3 sunt prezentate valorile orientative ale coeficienților de permeabilitate pentru pământuri și roci tari, astfel: pentru roci tari și stâncoase Tabelul 3.3a, iar pentru roci moi sau pământuri, Tabelul 3.3b.

Tab. 3.3. Valorile coeficientului de permeabilitate pentru

pământuri și roci tari [26]

Tab. 3.3a Roci tari sau stâncoase

Tab. 3.3b Roci moi sau pământuri

Prin prevederile SR EN 1997-1:2006 (Eurocod 7) se precizează că pentru analiza stabilității generale trebuie luate în considerare toate stările limită posibile, astfel încât să fie satisfăcute cerințele fundamentale de stabilitate, deformații limită, durabilitate și de limitare a deplasărilor în construcțiile sau rețelele învecinate.

Stările limită posibile pot fi [35]:

pierderea stabilității generale a pământului și a construcțiilor amplasate pe acesta;

mișcări foarte mari în teren datorită tasărilor, vibrațiilor ori a deformațiilor de forfecare;

pierderea parțială sau în totalitate a capacității de exploatare la construcțiile învecinate, drumuri, rețele de utilități, datorită mișcării terenului.

Calculul stabilității generale a taluzurilor la starea limită ultimă va include și structurile existente care pot fi afectate sau cele proiectate. Stabilitatea generală se verifică la stările limită ultime GEO și STR, folosindu-se valorile de calcul pentru acțiuni, rezistențe, materiale și coeficienți parțiali definiți conform SR EN 1997-1:2004.

Ed ≤ Rd (3.3)

unde: Ed – valoarea de calcul a efectului tuturor acțiunilor

Rd – valoarea de calcul a rezistenței

SR EN 1997-1/NB/2007 „Anexa națională” precizează că abordările de calcul sunt Abordarea 1 și Abordarea 3, care sunt importante în alegerea și utilizarea valorilor coeficienților parțiali în stabilirea valorilor de calcul pentru acțiuni, rezistențe și parametri de rezistență ai materialelor.

Prin Abordarea 1 de calcul se utilizează două grupări și seturi de coeficienți parțiali pentru verificarea la o stare limită de cedare sau deformație excesivă (GEO și STR).

Gruparea 1 A1 + M1 + R1 (3.4)

Gruparea 2 A2 + M2 + R1 (3.5)

În această abordare coeficienții parțiali se aplică asupra acțiunilor și a parametrilor de rezistență ai terenului.

Prin Abordarea 3 de calcul conform SR EN 1997-1:2004,pentru calculul stabilității taluzurilor sau al stabilității generale, acțiunile aplicate terenului sunt consideră acțiuni geotehnice iar gruparea seturilor de coeficienți parțiali este:

Gruparea A2 + M2 + R3 (3.6)

În această abordare coeficienții parțiali se aplică asupra acțiunilor geotehnice și a parametrilor de rezistență ai terenului.

În analiza stabilității generale a terenului, pentru alegerea metodei de calcul se are în vedere următoarele:

stratificația terenului;

prezența și înclinarea discontinuităților;

distribuția presiunii apei din pori și curgerea apei;

stabilitatea pe termen scurt și pe termen lung;

deformațiile de curgere lentă datorată forfecării;

tipul de cedare;

utilizarea de metode numerice.

Suprafețele de cedare pot avea forme diferite, plane, circulare sau forme mai complicate. Stabilitatea se poate verifica atît prin calcul de echilibru limită cât și prin aplicarea metodei elementelor finite.

În cazul unui versant având pământuri stratificate, în care parametrii rezistenței la forfecare au variații considerabile, o atenție deosebită se acordă acelor straturi cu rezistență la forfecare mai mică. Pentru acestea, în calculul stabilității, se consideră suprafețe de cedare cu forme necirculare.

Calculul stabilității la starea limită de exploatare normală arată dacă deformația terenului nu conduce la o stare limită de exploatare normală în construcțiile aflate pe amplasament sau în zona adiacentă acesteia. Prin calculul la starea limită de exploatare normală se impune respectarea condiției [35]:

Ed ≤ Cd (3.7)

unde: Ed – valoarea de calcul a efectului acțiunilor

Cd – valoarea de calcul limită a efectului acțiunilor

Coeficienții parțiali aplicați pentru obținerea valorii acțiunilor de calcul sunt în general unitari.

Normativele [SREn] în vigoare recomandă abordarea în analiză a următoarelor cauze [30],[35]:

modificarea nivelului apei subterane;

curgerea de lungă durată în condiții drenate;

pierderea de volum în straturile adânci solubile;

lucrări miniere sau de extragere diverse zăcăminte.

Evitarea apariției stărilor limită de exploatare normală sa face adoptînd soluții privind limitarea rezistenței la forfecare mobilizată, monitorizarea mișcărilor cu specificarea acțiunilor, astfel încât acestea să poată fi reduse sau elimina dacă este cazul. Prin proiectare trebuie să se planifice execuția lucrărilor pentru un amplasament, ținînd seama de existența vecinătăților, astfel încât să fie evitată apariția unei stări limită de exploatare normală [32].

Monitorizarea terenului folosind un echipament adecvat este necesară pentru a furniza informații privind:

nivelul apei subterane pentru efectuarea calculelor și verificărilor în termeni de eforturi efective;

mișcările terenului pe verticală și laterale pentru a previziona deformațiile viitoare;

forma și adâncimea suprafeței de alunecare în cazul în care o alunecare este în curs, astfel încât parametrii rezistenței la forfecare să poată fi deduși pentru proiectarea lucrărilor de stabilizare;

determinarea vitezelor de mișcare prin adoptarea unui sistem digital de citire și a unui sistem de alarmă de la distanță pentru avertizarea unui pericol iminent.

3.4.2 Metoda taluzului infinit

Metoda taluzului infinit este aplicabilă în cazul analizei stabilității versanților cu lungimi mari. Versanții lungi au suprafața aproape plană, iar straturile de pământ din structura lor au o înclinare apropiată cu cea a versantului. Alunecările se produc cu viteze mici, caracteristică a fenomenului de curgere lentă (creep).

Se iau în considerare următoarele ipoteze:

suprafața de alunecare este plană;

oricare dintre fâșii de lățime unitară este reprezentativă pentru întreg versantul;

valoarea coeziunii nu este dependentă de adâncimea fisurilor.

Considerind versantul din Figura 3.9. alunecarea de translație se produce între stratul de deluviu și stratul subadiacent [22].

Fig. 3.9. Metoda taluzului infinit-dispunerea forțelor [22]

W0 – greutatea terenului

Ws – suprasarcină

E – încărcare din seism

U – deplasare pe verticală

R – rezultanta forțelor

T – componenta tangențială a lui R

N – componenta normală a lui R

Facorul de stabilitate se determină cu relația 3.8:

Fs =

Unde:

= rezistența la forfecare disponibilă pe suprafața plană de cedare;

= rezistența la forfecare dată de greutatea proprie și acțiunea hidrodinamică pe aceeași suprafață.

3.4.3 Metoda Fellenius

Cunoscută în literatura de specialitate sub denumirea de metoda Fellenius sau metoda suedeză, ea se aplică din anii 1930 în analiza stabilității taluzului. O contribuție deosebită în elaborarea și perfecționarea acestei metode au avut-o inginerii suedezi K.E.Petterson, S.Hultin și W.Fellenius. Elaborată și aplicată la început pentru un teren alcătuit din roci omogene, acestă metodă se aplică în prezent și pentru terenuri stratificate [14].

Metoda Fellenius sau metoda suedeză a fâșiilor se aplică pentru verificarea la stabilitate a versanților care prezintă alunecări de mică și medie adâncime.Această metodă presupune suprafețe de alunecare circular-cilindrice și neglijează forțele dintre fâșii.

Metoda constă în următoarele:

Se trasează o suprafață circulară de alunecare cu centrul în O și raza r care intersectează baza taluzului. Se împarte tot masivul de pământ cuprinsă între suprafața de alunecare trasată și taluz în fâșii verticale figura 3.10.a. Încărcarea care acționează pe fâșia i (Fgura 3.10.b) este greutatea proprie Gi de componente Ti,Ni [25].

b)Î

Figura 3.10. Delimitarea fâșiilor [25]

a) împărțirea în fâșii verticale; b) fâșia i

Astfel:

Ti = Gisinαi (3.9)

Ri este rezultanta tensiunilor normale σi pe suprafața de cedare.

Ri = Ni = Gi cosi (3.10)

Pentru fiecare fâșie se scrie numai o ecuație de proiecție după normala la baza fâșiei, iar pentru toată masa alunecătoare se scrie o ecuație de moment în raport cu centrul suprafeței de alunecare.

Coeficientul de siguranță se definește ca raport între suma momentelor tuturor forțelor care se opun alunecării (moment de stabilitate) și suma momentelor tuturor forțelor care produc alunecarea (moment de răsturnare), rezultând expresia pentru toată suprafața de alunecare analizată:

F= (3.11)

Analiza unei singure suprafețe de alunecare nu garantează că se obține cea mai mică valoare a coeficientului de siguranță pentru taluz. Se determină coeficientul de siguranță luînd în considerare și alte suprafețe de alunecare.

Pentru a simplifica calculele se determină zona în care pot fi amplasate centrele cercurilor posibile, ca suprafață de alunecare. Centrele cercurilor de alunecare se găsesc pe o dreaptă construită ca în Figura 3.11. [21].

Figura 3.11. Dreapta centrelor suprafețelor de alunecare [21]

Dreapta centrelor considerată ca axă de referință, se reprezintă grafic valoarea coeficientului de siguranță aferent suprafețelor de alunecare cu centru cercului respectiv, obținînd o curbă de variație. Valoarea minimă a coeficientului de siguranță se determină stabilind punctul de tangență a curbei de variație cu o dreaptă paralelă cu dreapta centrelor Figura 3.12.

Figura 3.12. Determinarea coeficientului de siguranță minim

3.4.4 Metoda Bishop

W.Bishop [Bishop A.W. „The stabiliti of earth dams”, Thesis University of London, 1952] prezintă la Conferința Internațională de la Stockholm (1954) o metodă de analiză a stabilității unui versant, mai riguroasă și care în literatura de specialitate se regăsește sub denumirea de „Metoda Bishop”.

Ipotezele care stau la baza analizei stabilității unui taluz sunt următoarele [2],[15],[16]:

suprafața de alunecare este cilindrică, unică cu ax orizontal;

cedarea se manifestă brusc neglijînd deformațiile produse înainte de rupere;

rezistența la forfecare pe suprafața de alunecare corespunde aceleiași deformații;

masa alunecătoare se împarte în fâșii luînd în considerare reacțiunile dintre fâșii pentru taluzul din figura 3.13 a [25].

Suprafață de cedare – forțe care b) poligonul forțelor

acționează pe taluz și fîșie

î

Figura 3.13. a și b Metoda Bishop – schemă de calcul [25]

Coeficientul de siguranță exprimat ca raport între rezistența la forfecare disponibilă pe suprafața plană de cedare și rezistența la forfecare dată de greutatea proprie și acțiunea hidrodinamică pe aceeași suprafață este dat pentru fâșia i, de următoarea relație:

Fs = (3.12)

Unde:

σi – tensiunea totală uniform distribuită pe fâșia i

ui – presiunea neutrală din mijlocul bazei fâșiei i

τi – rezistența la forfecare necesară de mobilizat pentru echilibru limită

, c,i – parametrii efectivi ai rezistenței la forfecare

– lungimea fâșiei i

Înlocuind în relația (3.5)

Ni = σi (3.13)

Ui = ui (3.14)

Se obține expresia coeficientului de siguranță pentru fâșia i:

Fs = (3.15)

În metoda Bishop echilibru static al fâșiei este satisfăcut dacă poligonul forțelor ce acționează asupra fâșiei este închis, iar momentul dat de forțe în raport cu centrul suprafeței de alunecare este nul. Scriind ecuația de moment a tuturor forțelor ce acționează asupra masivului alunecător, proiecția pe verticală a forțelor și sistematizînd termenii se obține expresia coeficientului de siguranță aplicând metoda Bishop ca fiind:

Fs = (3.16)

Unde:

mαi = (3.17)

În relația (3.10) coeficientul de siguranță apare ca necunoscută în ambii termeni ai ecuației. Pentru rezolvare se propune o valoare aproximativă pentru aceasta în relația (3.11) și se reface calculul cu relația (3.10). Iterațiile se finalizează atunci când între două valori ale coeficientului de siguranță rezultă o diferență nesemnificativă atingând convergența.

3.5 METODA JANBU GENERALIZATĂ

Metoda Janbu (1954-1956) [13] cunoscută și ca procedeul generalizat al fâșiilor, supune analizei următoarele ipoteze:

suprafața de alunecare are o formă oarecare;

ruperea se produce brusc fără a se lua în considerare deformațiile produse în masiv înainte de cedare;

rezistența la forfecare mobilizată este constantă pe toată suprafața de alunecare;

Pentru determinarea coeficientului de siguranță se stabilesc următoarele:

rezistența la forfecare este definită de legea lui Coulomb și în funcție de tipul de analiză (pe termen scurt sau de lungă durată) se exprimă în tensiuni totale sau efective;

masa alunecătoare se împarte în fâșii verticale considerând că pe fețele laterale acționează eforturile Ei , Ti;

direcția de acțiune a împingerilor Ei este cunoscută fiind poziționată la o distanță de (0,3÷0,4)z măsurată de la baza suprafeței de alunecare;

coeficientul de siguranță se exprimă ca raportul dintre rezistența la forfecare disponibilă și rezistența la forfecare necesară asigurării echilibrului, coeficient care se consideră a fi constant pe întreaga suprafață de cedare;

Pornind de la acceste considerații și pe baza echilibrului static al fiecărei fâșii definit prin trei ecuații (de proiecție pe verticală, orizontală și moment) și a echilibrului global a masei alunecătoare, metoda Janbu permite determinarea următorilor parametri: [26] Figura 3.14.

coeficient de siguranță;

forțele Ei și Ti ce se manifestă la frontierele dintre fâșii;

tensiunile (σi , τi ) normale și tangențiale dezvoltate pe suprafața de cedare.

Figura 3.14. Metoda Janbu – Schema de calcul [26]

Scriind ecuațiile de echilibru static al fâșiei i (Figura 3.15) rezultă:

Proiecția pe verticală:

∑ Yi = 0 (3.18)

∆Gi + Ti – Ti-1 – ∆Ni cosαi – ∆Si sinαi = 0 (3.19)

Proiecția pe orizontală:

∑ Xi = 0 (3.20)

∆Qi – Ei + Ei-1 + ∆Ni sinαi – ∆Si cosαi = 0 (3.21)

Ecuația de moment față de punctul Oi a tuturor forțelor ce acționează fâșia:

∑ Moi = 0 (3.22)

Ti = – Ei-1 tgαti + hti – zi (3.23)

Figura 3.15. Metoda Janbu – Forțele considerate [26]

Scriind ecuațiile de echilibru static global pentru masa alunecătoare, sub acțiunea greutății proprii, a forțelor exterioare și a forțelor ce acționează pe suprafața de cedare rezultă:

Proiecția pe verticală:

∑ Yi = 0 (3.24)

Ta – Tb – ∑∆Gi + ∑∆Ni cosαi + ∑∆Si sinαi = 0 (3.25)

Proiecția pe orizontală:

∑ Xi = 0 (3.26)

Ea – Eb + ∑∆Ni sinαi – ∑∆Si cosαi + ∑∆Qi = 0 (3.27)

Suma momentelor tuturor forțelor față de un punct oarecare:

∑ Mi = 0 (3.28)

∑∆Mi = Mb – Ma (3.29)

Se definește relația de calcul a coeficientului de siguranță în urma unor combinații, înlocuiri și notații între ecuațiile de proiecție și ecuațiile de moment ca fiind:

Fs = (3.30)

Unde:

Ai = τi Fs ∆xi (1 + tg2αi) (3.31)

Prezența coeficientului de siguranță ca o necunoscută în ambele relații (3.24) și (3.25) impune pentru rezolvare un calcul iterativ. După parcurgerea etapelor grafo-analitice se impune un coeficient de siguranță Fso=1 pentru aceeași suprafață. Se repetă calculul iterativ până când se obține o diferență neglijabilă între două valori succesive pentru Fsi. Se continuă într-o etapă curentă j=1÷n în care se determină prin iterații succesive valori Fsj până când procesul iterativ indică o stabilizare [2],[20].

3.6 METODA ELEMENTULUI FINIT

Metoda elementului finit ca metodă de deformare prin care se determină starea de tensiuni și deformații din masiv, folosind legea constitutivă a cestuia are o fundamentare matematică și se bazează pe Teoria elasticității și plasticității [21].

Prin aplicarea acestei metode se poate evidenția mecanismul de cedare real, comportarea taluzului la cedare și stabilirea coeficientului de siguranță. Procesul de cedare al taluzului se poate simula fără a considera diferite ipoteze de evidențiere a suprafețelor de cedare posibile [11],[17].

Metoda elementului finit permite identificarea zonelor de rupere, determinarea tensiunilor și deformațiilor masivului de pământ și cuantificarea coeficientului de siguranță mediu cu relația [2],[19],[27]:

Fs = (3.32)

Unde:

Tfmax = rezistența la forfecare;

Ti = forța tăietoare în elementul pe care îl traversează în lungul suprafeței considerate.

Aplicarea metodei elementului finit presupune parcurgerea următoarelor etape: [26]

1) schematizarea geometrică;

2) determinarea stării inițiale de tensiuni;

3) determinarea condițiilor limită;

4) determinarea legii de comportament a pământului din masiv;

5) modelarea matematică a legii de comportament;

6) intoducerea datelor în programul de calcul;

7) calculul propriu-zis;

8) interpretarea rezultatelor.

Comportarea pământului se prezintă prin scheme tipice de exprimare matematică astfel [3],[22]:

comportare elastic liniară;

comportare elastic liniară prin segmente;

comportare elastic neliniară;

comportare elasto-plastică;

comportare vâsco-elastică.

Programele de calcul prezintă rezultatele prin tensiuni și deformații în nodurile reței în care a fost discretizat masivul analizat. Cunoscând tensiunile și acceptînd valabilitatea legii lui Coulomb se poate stabili rezistența la forfecare și diagrama de variație în lungul suprafeței de cedare. Rezultatele obținute cu metoda elementului finit pot fi interpretate și prin delimitarea zonelor plastice pe baza gradului de mobilizare a rezistenței la forfecare.

Literatura de specialitate prezintă două soluții de calcul pentru coeficientul de siguranță prin metoda elementului finit și anume metoda reducerii rezistenței caracteristice a materialului și metoda tensiunilor.

Programele de calcul având la bază metoda elementului finit oferă o analiză în detaliu cu performanță ridicată din punct de vedere al calculului contribuind astfel la evidențierea avantajelor aplicării metodei elementului finit în analiza stabilității terenurilor cu potențial de alunecare.

3.7. SOLUȚII CONSTRUCTIVE DE SPRIJINIRE A TERENURILOR ÎN PANTĂ

Ziduri de sprijin

3.7.1 Definire, clasificare, noțiuni de proiectare

3.7.1.1 Definire

Zidurile de sprijin au fost cunoscute ca și construcții din cele mai vechi timpuri, când erau executate din zidărie de piatră având un rol de apărare.

Zidurile de sprijin se pot defini ca fiind construcții cu ajutorul cărora se realizează trecerea pe distanțe mici între două cote diferite, atunci când suprafața amplasamentului nu permite realizarea unui taluz [9]. Ele sunt construcții masive având lungimea mult mai mare decât restul dimensiunilor.

Din punct de vedere al rolului pentru care sunt realizate acestea pot fi de sprijinire a unui masiv de pământ cu sau fără potențial de alunecare sau de căptușire.

Zidurile de sprijin sunt construcții definitive. Ele sunt lucrări cu lungimi mari, la care împingerea pământului sprijinit este transmisă pe toată suprafața de contact dintre construcție și teren [33].

Se regăsesc ca și construcții în lucrările de sistematizare pe verticală pe amplasamente cu terenuri în pantă, amenajări hidrotehnice, căi de comunicație ce traversează terenuri în pantă sau ca lucrări de consolidare a terenurilor cu potențial de alunecare.

3.7.1.2 Clasificare

Zidurile de sprijin pot fi clasificate în funcție de soluția constructivă, rolul de îndeplinit ori amplasamentul față de căi de comunicații pe care se execută astfel [21],[30],[33],[35]:

1) Funcție de soluția constructivă și materialul din care sunt realizate:

zid de sprijin de greutate din beton, beton armat, zidărie de piatră;

zid de sprijin din gabioane;

zid de sprijin în soluții moderne realizat din elemente prefabricate sau pământ armat.

2) Funcție de rolul pe care îl au de îndeplinit:

zid de sprijin de rezistență;

zid de sprijin de căptușire.

3) Funcție de poziția amplasamentului față de căi de comunicații terestre:

zid de sprijin de debleu – realizat în amonte de calea de comunicații;

zid de sprijin de rambleu – realizat în aval de calea de comunicații.

3.7.1.3 Noțiuni de proiectare

Proiectarea unui zid de sprijin presupune parcurgerea a două etape, o etapă de predimensionare și una de verificare.

Predimensionarea

Se consideră cunoscute amplasamentul, stratificația terenului, nivelul apei subterane și înălțimea necesară de sprijinit. Se stabilește secțiunea transversală a zidului prin alegerea formei, a dimensiunilor și materialului din care va fi realizat Figura 3.16.

Figura 3.16. Schemă de calcul [21]

Stabilind stratul bun de fundare se obține înălțimea H. Dimensiunile secțiunii se aleg astfel:

B = (0,5÷0,67)H

b = (0,25÷1,20)m

d = (0,50÷0,90)m

h ≥ 0,5m

≥ 1,05 pentru minim beton C8/10[NP 112-2004]

Df ≥ 1,0m

m = 3;5;10;∞

α ≤ 200

Având dimensiunile stabilite se calculează greutatea zidului, împărțind suprafața acestuia în secțiuni de formă pătrată, triunghi sau dreptunghi, precizînd punctul de aplicare a greutăților. Proiectarea continuă cu calculul împingerii pământului asupra zidului de sprijin.

b) Verificarea

Zidul de sprijin se verifică la starea limită ultimă care conform SR EN 1997-1:2006 poate fi:

cedarea prin lunecare pe talpa zidului;

cedarea prin răsturnare a zidului de sprijin;

pierderea capacității portante a terenului de fundare;

pierderea stabilității generale.

b1) Cedarea prin lunecare pe talpă este o stare limită de tip GEO și verificarea impune respectarea condiției [35]:

Hd ≤ Rd + Rp,d (3.33)

unde:

Hd – valoarea de calcul a lui H;

H – încărcarea orizontală sau componenta orizontală a unei acțiuni totale aplicate paralel cu baza zidului, adică presiunea pământului;

Rd – valoarea de calcul a rezistenței fată de o acțiune, forța de frecare pe baza fundației zidului;

Rp,d – valoarea de calcul a forței datorate presiunii pasive.

Presiunea pasivă pe fața zidului de sprijin se neglijează.

În condiții drenate rezistența de calcul la lunecare se determină prin aplicarea de coeficienți parțiali asupra proprietăților pământului sau asupra rezistenței terenului astfel:

Rd = V'd tanδd (3.34)

sau

Rd = (3.35)

unde:

V'd – valoarea de calcul a acțiunii verticale efective sau componenta normală a rezultantei acțiunilor efective aplicate asupra bazei fundației zidului;

δ – unghiul de frecare la interfața baza zidului – teren de fundare;

δk – valoarea caracteristică a lui δ;

δd – valoarea de calcul a lui δ;

γR;h – coeficient parțial pentru rezistența la lunecare.

În condiții nedrenate rezistența de calcul la lunecare se calculează prin aplicarea de coeficienți parțiali asupra proprietăților pământului sau asupra rezistențelor pământului astfel:

Rd = Ac cu;d (3.36)

sau

Rd = (3.37)

unde:

Ac – suprafața totală a bazei supusă la compresiune;

cu;k – valoarea caracteristică a coeziunii nedrenate;

cu;d – valoarea de calcul a coeziunii nedrenate;

γR;h – coeficient parțial pentru rezistența la lunecare.

b2) Cedarea prin răsturnare a zidului de sprijin este o stare limită de tip EQU pentru un zid de sprijin de greutate fundat pe rocă și o stare limită de tip Geo pentru celelalte cazuri. Se impune verificarea condiției [35]:

Edst;d ≤ Estb;d (3.38)

unde:

Edst;d – valoarea de calcul a efectului acțiunilor destabilizatoare, respectiv momentul forțelor destabilizatoare;

Estb;d – valoarea de calcul a efectului acțiunilor stabilizatoare, respectiv momentul forțelor stabilizatoare.

Coeficienții parțiali ai încărcărilor pot fi aplicați asupra acțiunilor sau asupra efectelor acțiunilor.

b3) Pierderea capacității portante a terenului de fundare este o stare limită de tip Geo. Se verifică condiția [33],[35]:

Vd ≤ Rd (3.39)

unde:

Vd – valoare de calcul a lui V;

V – încărcare verticală sau componentă normală a rezultantei acțiunilor aplicate asupra bazei fundației;

Rd – valoarea de calcul a rezistenței față de o acțiune.

b4) Stabilitatea generală se verifică la stările limită de tip GEO și STR în conformitate cu normativele SR EN 1997-1:2006, NP124:2010, demonstrînd că deformațiile sunt suficient de mici și nu se produce o pierdere de stabilitate generală.

Se verifică condiția:

Ed ≤ Rd (3.40)

unde:

Ed – valoarea de calcul a efectelor acțiunilor;

Rd – valoare de calcul a rezistenței unei acțiuni.

Dacă una din condiții nu este îndeplinită calculule se refac pornind de la o nouă secțiune cu formă și dimensiuni modificate.

3.8. ZIDURI DE SPRIJIN DE GREUTATE DIN BETON, PIATRĂ, BETON ARMAT

Zidurile de sprijin de greutate sunt lucrări de susținere masive realizate din piatră sau beton a căror alcătuire constructivă le permite să preia împingerea pământului sprijinit și să-și asigure stabilitatea prin greutatea proprie [14].

Zidurile de sprijin de greutate din beton Figura 17 [33] sunt recomandate pentru înălțimi de până la trei metri.

Figura 3.17. Secțiuni zid de sprijin de greutate [33]

Din considerente economice, privind consumul de material, se pot adopta secțiuni cu latura înclinată Figura 3.18 a, sau realizată în trepte Figura 3.18 b,c [33]

a) b) c)

Figura 3.18 a, b, c Secțiuni zid de sprijin de greutate [107]

a) cu latura înclinată; b), c) în trepte

Îmbunătățirea stabilității la alunecare a unui zid de sprijin de greutate poate fi realizată adoptînd o secțiune cu talpă înclinată sub un unghi α < 200 Figura 3.19a sau cu pinten [5], Figura 3.19b.

a) b)

Figura 3.19. Sectiune zid de sprijin[33]

a) cu talpă înclinată; b) cu pinten

Pentru înălțimi mici de până la 1,5m și realizat din beton sau zidărie de piatră, zidul de sprijin poate avea o secțiune simplă Figura 3.20.

Figura 3.20. Sectiune simplă zid din beton sau piatră [33]

3.9. ZIDURI DE SPRIJIN TIP CORNIER

Ziduri de sprijin tip cornier realizate din beton armat au secțiunea transversală alcătuită dintr-un perete vertical încastrat într-o placă orizontală de fundație [9],[21] Figura 3.21.

Figura 3.21. Secțiune zid de sprijin tip cornier [11]

Ziduri de sprijin tip cornier realizate din beton armat au o structură mai zveltă cu o greutate mai mică față de alte soluții de ziduri de sprijin de greutate. Stabilitatea zidurilor tip cornier se obține din greutatea pământului din umplutura pe placa din spatele zidului.

Pentru înălțimi de peste 6m, zidul de sprijin este prevăzut cu contraforți dispuși transversal la distanțe 3÷4 m, Figura 3.22. [33]

Figura 3.22. Secțiune zid de sprijin cu contraforți [33]

Prin intermediul contraforților se reduce consumul de armătură dar se asigură o legătură suplimentară între peretele vertical și placa de fundație conducând la o rigidizare de ansamblu a zidului de sprijin [9].

Când înălțimile de sprijin sunt mari stabilitatea zidului de sprijin și reducerea valorii împingerii active a pământului se poate obține prin prevederea de console de descărcare Figura 3.23. [33]

Fig. 3.23. Sectiune zid de sprijin tip cornier cu consolă de descărcare [33]

3.10 ZIDURI DE SPRIJIN DIN GABIOANE

Zidul de sprijin din gabioane se realizează prin suprapunerea unor cutii umplute cu piatră. Gabioanele sunt cutii cu capac detașabil, cu formă dreptunghiulară , realizate dintr-un cadru de oțel beton și fețe din plasă de sîrmă zincată Figura 3.24. [18],[33].

Figura 3.24. Secțiune zid de sprin din gabioane [33]

Cutiile au înălțimea de 1m și lățimea de 1,0m;1,5m; 2m cu lungimi de până la 4m. Zidul de sprijin din gabioane se adptă ca soluție de sprijinire pentru înălțimi de până la 5m.

3.11 ZIDURI DE SPRIJIN DIN ELEMENTE PREFABRICATE

3.11.1 Zid de sprijin din căsoaie din lemn

Primele căsoaie au fost realizate din lemn. Ele sunt alcătuite din elemente liniare de tipul grinzilor, care țesute prin stivuire realizează incinte sub forma unor celule cu secțiune pătrată sau dreptunghiulară Figura 3.25a,b [33].

a) căsoaie din lemn b) zid de sprijin din căsoaie din lemn

Fig. 3.25. Zid de sprijin din căsoaie din lemn [33]

Incintele formate se umplu cu piatră spartă sau pământ slab coeziv.

3.11.2 Zid de sprijin din căsoaie din beton

Pentru înălțimi mai mari de sprijinire și situații în care nu sunt prezente alte sarcini exterioare se poate adopta secțiunea din Figura 3.26.

Figura 3.26. Căsoaie din beton [33]

Elementele din lemn sunt înlocuite cu elemente prefabricate realizate din beton armat. Primul rînd de căsoaie se montează pe o fundație de beton. Se toarnă un strat de beton cu o pantă de 5% pentru a asigura scurgerea apei din interior. Se continuă stivuirea și umplerea incintelor cu material. Cu această soluție se pot executa ziduri de sprijin cu o înălțime de până la 10m, iar pe terenuri compresibile putînd prelua tasările inegale pe lungimea amplasamentului [14].

3.11.3 Zid de sprijin din casete prefabricate

Casetele prefabricate sunt realizate din beton armat. Ele au forma unui cub cu secțiunea dreptunghiulară având lungimea variabilă, cu dimensiuni cuprinse între 1m și 3m. Figura 27 [20],[21].

Figura 3.27. Casetă prefabricată din beton armat [21]

Pereții sunt prevăzuți cu goluri pentru fixare cu tije filetate. Zidul se execută prin stivuirea casetelor fără țesere.Ele se așează pe verticală formînd un rost continuu și se fixează cu ajutorul tijelor filetate Figura 3.28. a,b.

a) cutie cu goluri pentru fixare b) zid de sprijin din casete prefabricate

Figura 3.28. a,b Zid de sprijin din casete prefabricate [21]

Casetele se pot umple cu pământ sau beton simplu. Adoptarea unei soluții de zid de sprijin din casete prefabricate conduce la reducerea costurilor pentru manoperă și material atunci când umplutura casetelor se realizează cu pământ.

3.12 MĂSURI CONSTRUCTIVE

Zidurile de sprijin sunt lucrări cu lungimi mari. Prin natura terenului neuniformă pe lungimea zidurilor pot apărea tasări neuniforme care conduc la degradări în timp. Pentru a întîmpina aceste degradări zidurile vor fi prevăzute cu rosturi de tasare cu rol și de dilatație la distanțe de 6÷10m pentru zidul de sprijin de greutate din beton nearmat și la o distanță de 20÷40m pentru cele din beton armat [9].

Partea cea mai expusă degradării datorită factorilor externi este coronamentul zidului. Pentru ai oferi o rezistență mai mare, coronamentul poate fi protejat prin placare cu dale din piatră naturală sau beton ori cu o centură din beton armat monolit.

Un factor important în exploatarea la parametrii proiectați a zidului de sprijin îl reprezintă apa, care se poate infiltra prin spatele zidului de sprijin ajungînd astfel la terenul de fundare. Pentru a evita acest fenomen, încă din faza de proiectare se prevăd elemente constructive necesare pentru a asigura colectrea și evacuarea apei Figura 29. [9],[21].

Figura 3.29. Drenarea apei din spatele zidului de sprijin [21]

Apa provenită din infiltrații în spatele zidului de sprijin se colectează și evacuează prin intermediul uni dren vertical realizat din:

dop de argilă la partea superioară pentru a împiedeca infiltrațiile de apă;

strat drenant din material granular;

radier din beton cu rol de colectare;

barbacane care conduc apa în fața zidului;

rigolă de colectare a apei.

3.13 ZIDURI DE SPRIJIN DIN PĂMÂNT ARMAT

Pământul a fost printre primele materiale de construcție folosite de om. S-au realizat construcții limitate ca performanțe în timp și dimensiuni executate datorită proprietăților fizico-mecanice ale pământului și materialelor înglobate în structură. Încercarea de a îmbunătății calitățile pământului cu paie sau alte resturi vegetale nu a reușit să asigure durabilitate și stabilitate în timp mai îndelungat de exploatare [8].

Proiectul armatei romane pentru construcția unui debarcader în portul Londium din secolul I, descoperit la Londra Figura 3.30, demonstrează că tehnicile de realizare a unei structuri din pământ armat sunt similare cu cele practicate astăzi [4].

Figura 3.30. Structură pământ armat debarcader [4]

Dezvoltarea industriei materialelor de construcții, ca necesitate a expansiunii activității de construcții în domeniul terasamentelor căilor de comunicații, a lucrărilor de îndiguire ori a amenajării terenurilor în pantă a condus la apariția geosinteticelor ca materiale de construcție [8].

Înglobarea geosinteticelor în masive de pământ asigură creșterea performanțelor mecanice și hidrice a pământului.Ele pot avea rolul de armătură, element de ancorare sau de membrană de rezistență.

Pământul armat ca material de construcție a rezultat din conlucrarea structurală dintre un pământ granular necoeziv capabil să preia solicitările de compresiune și forfecare și un material cu rol de armătură capabil să preia întinderea [36].

Eforturile de întindere din pământul armat sunt transmise armăturii prin frecare armătură-teren sau încleștare în nodurile geogrilei. Dispunerea armăturii se face după direcțiile în care eforturile de întindere sunt importante.

Zidul de sprijin din pământ armat se realizează prin așternerea succesivă a unor straturi orizontale de pământ între care sunt intercalate armăturile legate la un capăt de parament Figura 3.31. [6],[9],[21]

Figura 3.31. Alcătuire pământ armat [21]

Materialele care intră în alcătuirea pământului armat trebuie să corespundă unor cerințe și anume. [14]:

Pământul de umplutură:

să nu prezinte sensibilitate la umezire;

să nu conțină materii organice;

să nu prezinte agresivitate chimică sau biologică față de materialul din care este confecționată armătura.

Armătura:

să nu fie casantă;

să fie suplă și rezistentă la întindere;

să aibă rezistența necesară atît în timpul execuției cât și în exploatare față de factorii distructivi mecanici,chimici sau de mediu;

Elementele de armare pot fi realizate din [29]:

metal- rezistent la coroziune sub formă de bare, benzi sau grile;

beton armat;

geosintetice care pot fi geotextile țesute sau nețesute, realizate din materiale naturale sau fibre sintetice, geogrilele sudate, țesute sau extrudate mono sau biaxiale, realizate din polietilenă sau poliamidice sau geocompozite realizate din combinații de material cu cle puțin un geosintetic formînd geocelule;

structuri ancorate – realizate din armături metalice sau polimerice care la fațadă are formă de ancoră.

Paramentul are rolul de a reține în corpul masivului pământul din fațadă care tinde să lunece dintre armături. El trebuie să corespundă următoarelor cerințe:

să fie rezistent la șocuri mecanice;

să fie elastic și flexibil;

să aibă rezistență locală suficientă pentru a putea reține pământul dintre două rînduri de armătură.

În execuția zidurilor de sprijin din pământ armat se folosesc diferite variante pentru elementele de parament adaptate factorului estetic, de topografia amplasamentului și de condițiile de exploatare în timp. Prinderea armăturii de parament se realizează adoptînd soluții prezentate în Figura 3.32. [4],[21],[29].

Figura 3.32. Soluții de prindere armatură parament [4],[21],[29].

Pentru proiectarea unui zid de sprijin din pământ armat se parcurg următoarele etape:

cunoscând înălțimea de sprijinit, amplasamentul cu caracteristicile fizico-mecanice se aleg dimensiunile zidului;

se alege materialul-pământ- folosit ca umplutură;

se stabilește soluția de armare, tipul și prinderea;

se alege paramentul ca soluție atît estetică cât și funcțională;

se verifică stabilitatea externă;

se verifică stabilitatea internă :

Stabilitatea externă a zidului de sprijin din pământ armat este asigurată dacă sunt îndeplinite condițiile ca pentru un zid de sprijin clasic, respectiv să fie verificată stabilitatea la alunecare, răsturnare și de capacitate portantă a terenului, pierderea globală a stabilității. Stările limită ultime de stabilitate externă sunt prezentate în Figura 33. a,b,c [29].

a) Cedare prin răsturnare și b) Cedare prin alunecare depășirea capacității portante

c) Pierderea stabilității globale

Figura 3.33. Stări limită stabilitate externă [29]

Verificarea stabilității externe a unui zid de sprijin din pământ armat se face parcurgînd etapele prezentate în Figura 34 [29]

Figura 3.34. Verificarea stabilității externe [29]

Stabilitatea internă poate fi afectată în două moduri (Figura 3.35.).

Figura 3.35. Stabilitate internă cedarea armăturii [29]

Pierderea stabilității interne se poate produce în condițiile în care toată armătura din masiv cedează și se produce o pierdere a stabilității interne generale, iar atunci când armătura este afectată de smulgere ori rupere numai izolat pe o anumită zonă sau rînd, caz în care se produce o instabilitate internă locală.

Verificarea stabilității interne a unui zid de sprijin din pământ armat se face parcurgînd etapele [29] prezentate în Figura 3.36.

Figura 3.36. Verificarea stabilității interne

În literatura de specialitate se recomandă să se adopte ca metodă de proiectare pentru armătura extensibilă „metoda penei ancorate” iar pentru armătură inextensibilă „metoda gravității coerente”.

3.14 ANCORAJE

3.14.1 Definire, alcătuire

Dezvoltarea soluțiilor de susținere a pereților excavațiilor adânci sau subterane a condus la apariția de tehnologii de sprijinire a elementelor de susținere de masivul de pământ sprijinit. O astfel de tehnologie este cea a ancorajelor. Această tehnologie a avut la început aplicabilitate în minerit și în construcția de tunele.

Dezvoltându-se ca tehnică de asigurare a stabilității masivului de pământ, ancorajele se adoptă cu succes ca soluție pentru asigurarea stabilității lucrărilor de susținere a pereților excavațiilor adânci. Prin rezemarea cu ancore a structurii de susținere a pereților excavațiilor se obține un spațiu liber în interiorul incintei permițînd astfel derularea execuției fără obstacole.

Ancorajul este un dispozitiv cu funcție statică prin intermediul căruia se transmite după o anumită direcție, forțe de întindere a masivului de pământ din zona ancorată [10].

L.Hobst și J.Zajic (1970) pornind de la necesitatea unei uniformizări a definițiilor și terminologiei au stabilit că părțile componente a ancorei sunt capul ancorei, corpul ancorei și rădăcina ancorei.

Capul de ancorare este terminația exterioară prin care se transmite efortul din armătură la structura ancorată. Corpul ancorei (tirantul) este confecționat din bare de oțel, fascicule din sârmă de oțel împletite (toroane) sau drepte ori cabluri și leagă capul ancorei de bulb. Prin intermediul tirantului se realizează transferul forțelor de întindere de la capul ancorei la rădăcină sau bulb din zona de ancorare. Bulbul asigură transmiterea forței de întindere din ancoraj la masivul de pământ [31].

Prin normativul NP 114-2013 și SR EN 1537-2004 se definesc părțile componente al unui ancoraj, care sunt prezentate în Figura 3.37.

Figura 3.37. Ancoraj de teren [31]

1-punct de fixare a armăturii în presa la tensionare;

2- punct de fixare a armăturii în capul de ancorare în exploatare;

3- placă de distribuție; 4- bloc de transfer al forțelor de întindere;

5-element structural; 6-pământ/roca; 7-foraj;

8-manșon de protecție împotriva aderenței; 9-armătura;

10-corp injectat-bulb.

În cazul ancorajelor provizorii, pentru componentele metalice se realizează o protecție anicorozivă astfel încât să se prevină sau încetini procesul de coroziune pe durata de exploatare de doi ani. Pentru ancorajele permanente, prin protecția anticorozivă, trebuie să se realizeze un strat continuu de material anticoroziv astfel încât acesta să nu se degradeze pe durata de serviciu a ancorajului [34].

Structurile ancorate pot fi realizate pentru:

lucrări de susținere;

lucrări de stabilizare a taluzelor și rambleelor;

lucrări de stabilizarea cavităților subterane;

pentru structuri sau subsoluri solicitate la subpresiuni datorate apelor subterane;

elemente ce transmit la teren forțe de întindere generate de suprastructură.

3.14.2 Clasificarea ancorajelor

Ancorajele se pot clasifica astfel [21],[31] :

1) În funcție de durata de viață:

a) ancoraje permanente care au o durată de viață mai mare de doi ani și care pot fi:

ancoraje de clasă A folosite pentru construcții de importanță I și I I;

ancoraje de clasă B folosite pentru construcții de altă importanță decât I și I I stabilite conform CRO.

b) ancoraje provizorii a căror durată de viață este de pînă la doi ani

2) În funcție de modul în care tirantul este pus sub tensiune:

a) ancoraje pasive – sunt nepretensionate la care forța din tirant apare când sub acțiunea împingerii pământului apar deformații în peretele ancorat;

b) ancoraje active – sunt pretensionate la care forța din tirant este transmisă de la dispozitivul de tensionare către teren.

3.14.3 Soluții constructive

O soluție constructivă în cazul ancorării constă în utilizarea ancorelor pasive din Figura 38. care se regăsesc în cazul unor lucrări de amploare redusă.

Bulbul se realizează dintr-o placă metalică sau bloc de ancoraj, a căror dimensiuni rezultă din echilibrul între împingerea activă și pasivă de pe fețele plăcii de ancoraj și forța care solicită ancorajul. Armătura ancorajului este o bară din oțel și capul este o piuliță care prin strîngere pe un profil metalic asigură fixarea între ancoraj și perete [21].

Figura 3.38. Ancoraj cu placă de ancorare [21]

Ancorajul pretensionat se realizează prin forarea unei găuri în teren, introducerea armăturii și cimentarea pe lungimea de ancorare a armăturii. În Figura 3.39. este prezentată soluția de ancoraj pretensionat [21].

Figura 3.39. Ancoraj pretensionat [21]

1-armătură pretensionată; 2-centror; 3-etanșare; 4- țeavă polietilenă;

5-element ancorat; 6-placă de repartiție; 7-blocaj.

O soluție care se adoptă tot mai mult în practica curentă o reprezintă ancorajul la care armătura este formată dintr-o tijă din oțel filetată, prevăzută cu un gol longitudinal Figura 3.40. [21]

Figura 3.40. Ancoră autoforantă [21]

. Această soluție se aplică pentru un ancoraj pasiv pentru lucrări de țintuire sau ca ancoraj activ în situația în care forța de solicitare este redusă.

3.15 ACȚIUNEA APEI DE SUPRAFAȚĂ ȘI SUBTERANĂ ÎN TEREN

3.15.1 Aspecte generale

Apa în teren are un rol determinant în stabilitatea și comportarea în timp a acestuia, ca parte componentă al sistemului trifazic al pământului Figura 3.41. [26].

Figura 3.41. Sistemul trifazic în probă de pământ

Apa se regăsește în pământ datorită interacțiunii electromoleculare dintre particulele solide și apă prezentate în Figura 42. [26] sub diferite forme:

apă sub formă de vapori;

apă sub formă de gheață;

apă legată fizic;

apă legată chimic;

apă liberă care poate fi gravitațională sau capilară.

Figura 3.42. Interacțiunea electromoleculară între particule solide și apă sau Complexul de adsorbție [26]

Apa sub formă de vapori

Prin structura moleculară a doi atomi de hidrogen și unul de oxigen prezentat în Figura 3.43. (dipol) apa are proprietăți deosebite care influențează comportarea materialelor cu care intră în contact.

Figura 3.43. Dipolul de apă [14]

Temperatura apei reprezintă un factor important care îi influențează structura. La temperaturi ridicate legăturile de hidrogen se desfac apa transformându-se în vapori. O clasificare a formelor de apă regăsite în pământ se poate face în funcție de câmpul de forțe care o influențează și starea de agregare a apei astfel:

la temperaturi reduse structura devine afînată și cristalină formînd gheața prin producerea condensării apei din pori;

atunci când presiunea din atmosferă este mai mică decât presiunea vaporilor din pământ are loc evaporarea apei.

Temperatura apei din pământ la adâncimea H se poate determina aproximativ cu relația (3.41) [26]:

T = (3.41)

unde:

T = temperatura apei la adâncimea H;

H= adâncimea de studiu;

h = adâncimea stratului de temperatură constantă;

g = traptă geotermică la 33m.

La adâncimi mai mari de 25-30m apa are o temperatură și structură constantă.

Apa sub formă de gheață

Apa din porii pământului se comportă diferit la variațiile gradienților de temperatură.

În porii pământului apar cristale izolate sau sub formă de lentile de apă înghețată când temperaturile scad sub anumite limite.

Temperatura la care apa din teren îngheață este diferită. Apa se transformă în gheață la temperaturi cu atît mai joase cu cât diametrul tuburilor capilare este mai mic.

Apa pură îngheață la 00C. În urma încercărilor de laborator s-a stabilit că temperatura de îngheț a apei este de -6,40C pentru un tub capilar având diametrul de 1,6mm și de -18,50C pentru diametrul de 0,06mm [36].

Creșterea volumului cristalelor de gheață se produce prin atragerea moleculelor de apă din apa liberă și capilară. Apariția lentilelor de gheață este determinată de forța de adsorbție care crește proporțional cu scăderea temperaturii.

Fenomenul de termoosmoză conduce la migrarea apei către zona cu temperaturi mai scăzute, redat în Figura 3.44. [5].

Figura 3.44. Migrarea apei Fenomenul de teroosmoză [5]

Înghețarea apei produce o creștere a volumului acesteia cu peste 9%, conducând și la modificări ale caracteristicilor fizico-mecanice a pământului.

Prafurile și nisipurile prăfoase prezintă o sensibilitate mai mare de îngheț față de nisipuri sau argile. O clasificare a pământurilor gelive, prezentată în Tabelul 3.4 este stabilită în funcție de indicele de plasticitate Ip și compoziția granulometrică.

Tabelul 3.4 Sensibilitate la îngheț – Clasificare [STAS 1243-88]

Sensibilitatea la îngheț este stabilită prin raportarea la valoarea Δh/, de către Laboratorul Central de Poduri și Șosele-Franța conform tabelului 3.5 [26]

Tabelul 3.5 Sensibilitate la îngheț a pământurilor conform L.C.P.C.[26]

unde:

Δh(mm) – reprezintă umflarea probei de pământ;

I – reprezintă un coeficient obținut prin menținerea probei de pământ la o temperatură constantă de 0C un anumit număr de zile (10).

Apa legată fizic

Apa legată fizic denumită și apă de adsorbție, formează în jurul particulei solide al scheletului mineral o peliculă de apă legată. Legătura dintre particula scheletului mineral și molecula de apă se realizează prin forțe de natură electromoleculară având la bază fenomene electrochimice și fizice.

Apa de adsorbție se regăsește sub formele:

a) Apă higroscopică sau strâns legată fiind reprezentată de o peliculă moleculară formată prin adsorbția directă a vaporilor de apă din aer. Molecula de apă neutră din punct de vedere electric polarizează către suprafața particulei solide a scheletului mineral reprezentat în Figura 3.45 [14] formînd o peliculă de apă.

Figura 3.45. Polarizarea moleculelor de apă [14]

Legarea vaporilor de apă de particula solidă dezvoltă căldură. Această apă nu conferă pământului calități plastice și nu transmite presiuni hidrostatice, ea având o densitate mai mare decât apa obișnuită, deplasarea de la un strat la altul se realizează parcurcând suprafețe umede și uscate prin starea de vapori.

b) Apă peliculară sau slab legată este formată din molecule de apă care sub acțiunea forțelor electromoleculare înconjoară particula solidă într-un al doilea strat. Orientarea neregulată a moleculelor de apă crește o dată cu distanța față de particula solidă.

Moleculele de apă sunt atrase de particulele solide cu presiunea osmotică care descrește concomitent cu creșterea distanței față de particulă Figura 3.46. [9]

Figura 3.46. Variația presiunii osmotice [9]

Presiunea osmotică se anulează la limita straturilor de apă legată și apă liberă, molecula de apă nu mai este legată de particula solidă iar apa se numește liberă.

Apa legată chimic

Apa legată chimic se regăsește în compoziția mineralelor. Modul în care elementele chimice din alcătuirea mineralelor sunt legate de apă definesc următoarele:

a) Apă de hidratare care se regăsește sub formă de [18]:

Apă de constituție care este strâns legată de scheletul mineral, regăsită în compoziția chimică a hidroxizilor și care poate fi eliminată în cantități determinate și temperaturi având valori pînă la 10000C.

Apă de cristalizare mai slab legată de scheletul mineral, care poate fi eliminată prin încălzire treptată pînă la 1000C.

b) Apa zeolitică mai strâns legată decât apa de cristalizare de scheletul mineral, se regăsește sub formă de molecule în rețeaua cristalină a mineralului.

Apa liberă

Apa liberă se regăsește în pământ sub formă de apă gravitațională și de apă caplară.

Apa gravitațională umple în structura pământului porii și golurile; ea se deplasează liber sub acțiunea presiunilor hidrostatice și a forțelor de gravitație. Din punct de vedere chimic apa gravitațională nu este pură, ea conține diverse săruri dizolvate și substanțe în stare coloidală, iar funcție de pH pe care îl conține poate avea o reacție bazică sau acidă.

Apa capilară comparativ cu apa legată fizic care este sub influența forței elrctromoleculare, se află sub efectul forțelor de tensiune superficială și a gravitației.

Tendința lichidului de a avea o suprafață de contact cât mai mică cu aerul în zonele de separație lichid-aer și sold-lichid, manifestată prin forțe de tensiune superficială, conduc la apariția ascensiunii capilare.

Porii din structura pământului se constitue într-o rețea de tuburi cu diametre variabile în care apa se ridică prin capilaritate. Angrenajul capilar prezent în masivul de pământ este reprezentat în Figura 3.47. [26].

Figura 3.47. Canale capilare [26]

Având în vedere fenomenul de capilaritate, porii pot fi clasificați în funcție de marimea lor astfel [9]:

pori supracapilari cu diametre > 0,508mm. Prin acești pori apa circulă sub efectul forței gravitaționale;

pori capilari cu diametrul de 0,508÷0,0002mm, la care se manifestă fenomenul de capilaritate;

pori subcapilari având diametru < 0,0002mm unde apa este împiedecată să circule, ea fiind reținută prin forțe de adsorbție.

Forțele de tensiune superficială conduc la ridicarea apei în tubul capilar pînă în momentul realizării unui echilibru între forțele de antrenare capilară și greutatea coloanei de lichid.

Stabilirea înălțimii hc la care se ridica apa în tubul capilar din Figura 48. prin fenomenul de capilaritate se poate determina cu următoarea relație [9]:

hc = [cm] (3.42)

unde:

Ts = tensiuni superficiale

α = unghiul dintre peretele tubului și tangenta la menisc

ρw = densitatea apei

g = accelerația gravitațională

r = raza tubului capilar

Figura 48. Înălțimea capilară și acțiunea forțelor capilare [9]

Pentru diferite tipuri de pământ înălțimile capilarelor sunt prezentate în tabelul 3.6.

Tabel 3.6 Înălțimi capilare [26]

Înălțimea la care se ridica apa în teren este în funcție de natura lui, de distribuția și mărimea porilor. Deasupra nivelului hidrostatic, în masivele de pământ apa capilară este distribuită pe trei paliere, prezentate în Figura 3.49 astfel:

Figura 3.49. Distribuția apei capilare pe verticală în masivul de pământ [26]

Palierul – 1 – cuprinde o zonă de saturație capilară;

Palierul – 2 – reprezintă o zonă de saturație capilară parțială;

Palierul – 3 – este zona apei capilare de contact.

Prin acțiunea tensiunii superficiale pe conturul meniscului se produce în pereții tubului capilar o presiune denumită presiune capilară. Valoarea efortului de compresiune din scheletul mineral depinde de înălțimea tubului capilar și de unghiul de umectare.

Fenomenul de capilaritate se manifestă și în plan orizontal,între două plăci paralele dispuse la distanțe mici care fac un unghi între ele ca în Figura 3.50.

Figura 3.50. Capilaritate în plan orizontal [36]

Valoarea înălțimii hc la care se ridică apa între cele două plăci va fi invers proproțională cu distanța d dintre între plăci .

În jurul zonei de contact dintre particule, în cazul în care porii nu sunt complet umpluți cu apă se formează apa capilară de contact. Prin tensiunile superficiale de pe conturul meniscurilor se produc presiuni capilare care vor presa particulele între ele conducând astfel la apariția unei legături între acestea similare forței de atracție.

Coeziunea aparentă definește acest fenomen care se manifestă atît timp cât în pământ există apă capilară și dispare prin evaporarea apei sau prin inundarea pământului, respectiv prin dispariția meniscurilor și a tensiunilor superficiale.

3.15.2 Soluții de limitare a acțiunii apei

asupra stabilității masivului de pământ

Apa prezentă în pământ reprezintă un element esențial în destabilizarea versanților sau a excavațiilor adânci. Adoptarea unor soluții de renare a suprafeței de pământ conduce la limitarea și chiar diminuarea efectului destabilizator a apei prin reducerea presiunilor interstițiale.

Caracteristicile hidrogeologice și hidrologice aduc o contribuție defavorabilă privind stabilitatea masivului de pământ excavat sau sprijinit. Prezența apei conduce la manifestarea suplimentară a unor forțe interstițiale, forțe de subpresiune ori forțe de antrenare hidrodinamică cu efect major în stabilitatea suprafaței pe care se manifestă.

Limitarea acțiunii apei asupra stabilității unei suprafețe de pământ, versant sau o săpătură deschisă se realizează prin aplicarea unor măsuri de drenare a apei. Acestea au ca scop reducerea efectelor prin modificarea traseului de curgere și limitarea infiltrațiilor prin colectarea și dirijarea apelor de suprafață.

Soluțiile de drenare a apei trebuie să aibă în vedere următoarele elemente determinante:

controlul strict asupra ridicării nivelului apei subterane;

eliminarea totală sau parțială a forțelor și efectelor asupra zonei cu potențial de alunecare datorate prezenței apei subterane;

reducerea la maxim posibil a infiltrațiilor apei de suprafață și dirijarea acesteia în afara zonelor cu crăpături, cauzate de mișcarea suprafeței de pământ alunecător.

Adoptarea unei soluții privind realizarea sistemului de drenare a apei trebuie să aibă la bază un studiu amănunțit privind datele tehnico-geologice, hdro-geologice și nu în ultimul rînd un studiu geotehnic asupra suprafeței de pământ ce urmează a se drena.

Realizarea lucrărilor de drenare a apei, rezolvă parțial sau uneori în totalitate, problema stabilizării unui versant ori taluz, sau consolidarea unei zone cu potențial de alunecare.

Drenurile reprezintă construcții cu ajutorul cărora se poate realiza colectarea și evacuarea dirijată a apei, coborârea nivelului pînzei freatice, asigurarea stabilității taluzurilor și versanților, a zidurilor de sprijin ori stabilitatea infrastructurii podurilor.

Drenarea de suprafață

Prin lucrările de drenare a apei de suprafață se reduc modificările în timp a caracteristicilor fizice și mecanice a terenului precum și acțiunea hidrodinamică a apei.

Apele de suprafață provenite din precipitații abundente sau dintr-o perioadă mai îndelungată de timp, au tendința de a stagna în zone de contrapantă, sau pantă mai mică, ori de a se infiltra în fisuri.Aceste fenomene conduc la înmuierea rocii și la creșterea greutății straturilor de pământ.

În cazul pământurilor argiloase creșterea umidității conduce la o scădere a coeziunii și a unghiului frecării interioare, implicit la reducerea rezistenței la forfecare.

Drenarea apelor de suprafață nu rezolvă în totalitate stabilitatea unui masiv alunecător, dar are o contribuție semnificativă în diminuarea sau stoparea deplasării acestuia.

Lucrările de drenare a apei de suprafață se realizează sub formă de rigole și canale de colectare, prezentate în Figura 3.51. Acestea au rolul de captare, colectare și evacuare a apei, provenită din infiltrații sau pentru coborîrea nivelului apei freatice.

a1 a2 a3

Figura 3.51. Dren de suprafață [9]

Rigolele de colectare Figura 3.51 a1 și a2 sunt șanțuri deschise. Ele pot avea o secțiune trapezoidală Figura 51 a1 sau sub formă de jgeab Figura 3.51 a2.

Se execută prin săpătură mecanizată și manuală, cu o adâncime de maxim 0,75m, pe o direcție oblică față de linia de cea mai mare pantă, asigurînd astfel o suprafață mai mare de captare.

În funcție de natura terenului în care se execută, de adâncimea și panta rigolei, de caracterul temporar sau permanent, radierul și pereele rigolelor pot fi realizate dintr-un strat de umplutură, executat din piatră brută, sau un strat filtrant din material granular și geosintetic.

Canalele de colectare Figura 3.51 a3, sunt executate sub forma unor șanțuri deschise, având o adâncime de 1m. Prezintă o sectiune trapezoidală, cu radier și pereu din beton, elemente prefabricate sau zidărie de piatră [9],[31],[34].

Drenarea subterană

Lucrările de drenare a apei subterane reprezintă o soluție eficientă de consolidare și stabilizare a terenurilor cu potențial de alunecare, a construcțiilor de sprijin sau pentru corectarea pantei versanților.

Drenurile subterane se regăsesc sub formă de:

Drenuri orizontale închise reprezintă o soluție avantajoasă pentru lucrări executate la o adâncime de pînă la 4÷5m prezentate în profilul longitudinal în Figura 3.52 [9].

Figura 3.52. Profil longitudinal dren orizontal închis [9]

Acestea se executată sub forma unor șanțuri, având secțiunea dreptunghiulară sau trapezoidală. Pentru a mări stabilitatea și îndeplinirea parțială a rolului de lucrare de sprijin, radierul este încastrat în stratul impermeabil.

Colectarea și evacuarea apei se realizează prin intermediul unei rigole cu secțiune circulară executată pe un radier din beton, protejată de tuburi filtrante prefabricate. Secțiunea drenului se umple cu piatră brută și material drenant de granulațiediferită.

Închiderea drenului se realizează printr-un dop de argilă bătută, având o grosime de minim 50cm, prezentat în Figura 3.53 [9].

Figura 3.53. Dren subteran închis cu dop de argilă [9]

O altă soluție de închidere la partea superioară a drenului, constă în turnarea unui strat de beton peste care se realizează un pereu din zidărie de piatră, prezentată în Figura 3.54.

Figura 3.54. Dren subteran inchis cu beton

Drenuri forate care se aplica cu succes datorită avantajelor

tehnico-economice.

Această soluție se aplică pentru drenarea de adâncime mare și medie. Sistemul de drenuri forate prezentate în Figura 3.55. sunt realizate din tuburi de policlorură de vinil perforate pe ¾ din circumferință, cu lungimi de 1,5 ÷ 6m și asamblate prin înșurubare [34].

Figura 3.55. Drenuri forate [34]

Tuburile se învelesc în geotextil realizînd astfel un filtru invers. Forajele se execută cu utilaje care pot avea acces în zonă și realizarea de diametre de foraj de cel puțin 110mm pentru tuburi filetate sau 125mm pentru tuburi îmbinate prin mufare.

Sistemul de dren forat are în alcătuirea lui puțuri colectoare tip cheson deschis în care descarcă apa preluată prin tuburile forate prezentat în profil în lung în Figura 3.56. și vedere în plan în Figura 3.57. [9].

Figura 3.56. Profil longitudinal [9]

Figura 3.57. Vedere în plan [9]

1 – ranfort cap de dren; 2 – conducte de evacuare; 3 – drenuri forate;

4 – puțuri colectoare; 5 – suprafață de alunecare.

Eficiența ridicată și durata de execuție mult redusă comparativ cu alte soluții a condus la adoptarea drenurilor forate în tot mai multe lucrări.

În lucrările de construcții regăsim pământul în cele trei ipostaze și anume, de material de construcție, de încărcare pe construcții și de teren de fundare. Pământul prin compoziția sa trifazică solid-lichid-gazos, în raport cu apa are un comportament diferit față de alte materiale, conferindu-i proprietăți precum consistență și plasticitate, sensibilitate la fenomenul de îngheț, variații de volum funcție de umiditate.

CAPITOLUL 4

CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE

BIBLIOGRAFIE (CAP. 2)

Băncilă I. – Geologie inginerească,vol II, Editura Tehnică București,1981.

Boboc V., Zarojanu Gh. – Terasamente rutiere, Editura Societății Academice ,,Matei Teiu Botez” Iași, 2005.

Dron A. – Cambaterea instabilității pământurilor în practica lucrărilor de îmbunătățiri funciare, Editura Ceres, București 1982.

Filliat G. Eds. – La pratique des sols et fondations du Moniteur, Paris 1981.

Florea M.N. – Mecanica rocîlor, Editura Tehnică București, 1983.

German Society For Geotechnics – Recommendations on Excavations, Ed. Ernst&Sohn 2003.

Gruia A., Haida V. – Geotehnică și Fundații, I.P. Traian Vuia Timișoara 1990.

ICCECON- Asigurărea calității și eficienței lucrărilor de înfrastructură în construcții. Caracteristici specifice și cerințe privind procedee tehnologice și echipamente performante, M.D.R.A.P. 2012.

Iliescu M – Geosintetice, Editura Dacia Cluj-Napoca 1994.

Haida V., Marin M., Mirea M – Mecanica pământurilor, Editura Orizonturi Universitare Timișoara 2007.

Găzdaru A, Manea S, Feodorov V, Batali L. – Geosinteticele în construcții, Editura Academiei Române, 2008.

Kezdi,A. – Handbook of soil mechanics, vol.I, II, Akadémiai Kiadó, Budapesta,1974.

Marinescu C. – Asigurarea stabilității terasamentelor și versanților, Vol I și II, Editura Tehnică București 1998.

Nicolescu L. – Consolidarea și stabilizarea pământurilor, Editura Ceres București 1981.

Păunescu M., Pop V., Silion T. – Geotehnică și fundații, E.D.P. București 1982.

Popa A., Ilieș N. M. – Fundații, Editura Casa Cărții de Știință Cluj-Napoca 2013.

Popa A. Ilieș N.M.-Consolidarea Fundațiilor, U.T.PRESS Cluj-Napoca 2009

Silion T., Răileanu P., Mușat V. – Fundații în condiții speciale, Înstitutul Politehnic Iași 1988.

Silion T., Răileanu P., Stanciu A. – Fundații-Pământ armat, Înstitutul Politehnic Iași 1980.

Silion T. – Geologie, geotehnică și fundații vol. I,II,III, Rotaprint I.P.Iași 1971-1973.

Raulin P. Rouques C, Toubol A. – Calcul de la stabilite des pents en rupture non circulaire, Rapport de recherche LPCP nr.36/1974

Smoltczyk U. Geotehnical Engineering Handbook Vol 3, Ernst&Sohn Berlin, 2003.

GP 129-2014 – Ghid privind proiectarea geotehnică, Partea 1 – Învestigarea și încercarea terenului, Partea 2 – Proiectarea geotehnică.

NP 074-2014 – Normativ privind documentațiile geotehnice pentru construcții.

NP 113-04 – Normativ privind proiectarea, execuția, monitorizarea și recepția pereților îngropați.

NP 114-2013 – Normativ privind proiectarea geotehnică a ancorajelor în teren.

NP 124:2010 – Normativ privind proiectarea lucrărilor de susținere.

P100-2013 – Prevederi de proiectare pentru clădiri – Cod de proiectare seismică Partea I.

SR 13440-1 Lucrări de căi ferate. Drenarea apelor în zona căii. Partea 1 – Drenuri gravitaționale. Prescripții de proiectare și de execuție.

SR 13440-2 Lucrări de căi ferate. Drenarea apelor în zona căii. Partea 2 – Drenuri forate. Prescripții de proiectare și de execuție.

***www.CFAînimagini.ro

SR EN 1538:2002 – Execuția lucrărilor geotehnice speciale. Pereți mulați.

SR EN 1997-1:2006 – Proiectarea geotehnică: Partea 1- Reguli generale.

*** www.manual.midasusser.com – Manual de utilizare midas gts nx

***http://bavaria.utcluj.ro/-ccosmin, 2009

Marin M., Mirea M. – Sisteme de fundare a construcțiilor, Editura Orizonturi Universitare, Timișoara 2011.

BIBLIOGRAFIE (CAP 3)

Băncilă I. – Geologie inginerească,vol II, Editura Tehnică București,1981.

Beleș A., Mihăilescu, Clemansa St. – Calculul construcțiilor amplasate pe terenuri deformabile, Editura Academiei, București, 1977.

Boboc V., Zarojanu Gh. – Terasamente rutiere, Editura Societății Academice ,,Matei Teiu Botez” Iași, 2005.

Dron A. – Cambaterea instabilității pămînturilor în practica lucrărilor de îmbunătățiri funciare, Editura Ceres, București 1982.

Filliat G. Eds. – La pratique des sols et fondations du Moniteur, Paris 1981.

Florea M.N. – Mecanica rocilor, Editura Tehnică București, 1983.

German Society For Geotechnics – Recommendations on Excavations, Ed. Ernst&Sohn 2003.

Gruia A., Haida V. – Geotehnică și Fundații, I.P. Traian Vuia Timișoara 1990.

ICCECON- Asigurarea calității și eficienței lucrărilor de infrastructură în construcții. Caracteristici specifice și cerințe privind procedee tehnologice și echipamente performante, M.D.R.A.P. 2012.

Iliescu M – Geosintetice, Editura Dacia Cluj-Napoca 1994.

Haida V., Marin M., Mirea M – Mecanica pământurilor, Editura Orizonturi Universitare Timișoara 2007.

Găzdaru A, Manea S, Feodorov V, Batali L. – Geosinteticele în construcții, Editura Academiei Române, 2008.

Lungu I., Stanciu A., Boți N. – Probleme speciale de geotehnică și fundații, Editura Junimea Iași 2002.

Marinescu C. – Asigurarea stabilității terasamentelor și versanților, Vol I și II, Editura Tehnică București 1998.

Lehr H. – Fundații vol. I, Editura de stat pentru Arhitectură și Construcții (ESPAC) 1954.

Manoliu Iacint – Fundații și procedee de fundare, E.D.P. București 1983.

Păunescu M., Pop V., Silion T. – Geotehnică și fundații, E.D.P. București 1982.

Popa A., Ilieș N. M. – Fundații, Editura Casa Cărții de Știință Cluj-Napoca 2013.

Rowe P.W. – Ancored sheet pile walls, Proc ICE vol.I pp. 27-70

Silion T., Răileanu P., Mușat V. – Fundații în condiții speciale, Institutul Politehnic Iași 1988.

Silion T., Răileanu P., Stanciu A. – Fundații-Pămînt armat, Institutul Politehnic Iași 1980.

Zaruba Q., Mencl V. – Alunecările de teren și stabilitatea lor. Editura Tehnică București 1974.

GP 129-2014 – Ghid privind proiectarea geotehnică, Partea 1 – Investigarea și încercarea terenului, Partea 2 – Proiectarea geotehnică.

NP 074-2014 – Normativ privind documentațiile geotehnice pentru construcții.

NP 113-04 – Normativ privind proiectarea, execuția, monitorizarea și recepția pereților îngropați.

NP 114-2013 – Normativ privind proiectarea geotehnică a ancorajelor în teren.

NP 124:2010 – Normativ privind proiectarea lucrărilor de susținere.

P100-2013 – Prevederi de proiectare pentru clădiri– Cod de proiectare seismică Partea I.

SR 13440-1 Lucrări de căi ferate. Drenarea apelor în zona căii. Partea 1 – Drenuri gravitaționale. Prescripții de proiectare și de execuție.

SR 13440-2 Lucrări de căi ferate. Drenarea apelor în zona căii. Partea 2 – Drenuri forate. Prescripții de proiectare și de execuție.

SR EN 1538:2002 – Execuția lucrărilor geotehnice speciale. Pereți mulați.

SR EN 1997-1:2006 – Proiectarea geotehnică: Partea 1- Reguli generale.

***www.CFAinimagini.ro

*** www.manual.midasusser.com – Manual de utilizare midas gts nx

***http://bavaria.utcluj.ro/-ccosmin, 2009

Marin M., Mirea M. – Sisteme de fundare a construcțiilor, Editura Orizonturi Universitare, Timișoara 2011.

Nicolescu L. – Tehnologia stabilizării pămîntului, Editura Ceres București 1975.