IMBUNATARIREA UNUI TEREN DIFICIL DE FUNDARE

PERNE DE BALAST

Rezumat

Este cunoscut faptul ca volumul lucrarilor de constructii ce se executa sau

urmeaza a fi executate de constructorii din tara noastra este in continua crestere prin

realizarea unor mari obiective industrial, constructii de locuinte, cladiri social cultural , poduri,

porturi, aeroporturi, drumuri, sisteme de imbunatatire funciala etc., multe din aceste constructii

urmand a se realize pe terenuri slabe, cu rezistente mecanice reduse, ce impun adaptarea

unor solutii de fundare complicate si costisitoare.

Pentru amplasarea constructiei pe asemenea terenuri trebuie cautate permanent

solutii care sa satisfaca din punct de vedere ethnic, la costuri cat mai reduse.

Consolidarea cu perne de balast consta in excavarea totala sau partiala a stratului

de pamant slab, necorespunzator fundarii directe urmate de asternerea si apoi compactarea in

mod succesiv a unor straturi de balast, obtinandu-se pentru stratul nou o indesare maxima a

particulelor in spatiile disponibile.

Introducere

Realizarea acestui deziderat este de foarte mare importanta, deoarece in tara

noastra (dealtfel ca si in alte tari) apar deosebit de frecvent solutii de fundare indirect ( piloti,

chesoane, coloane etc.) Procedeele de fundare indirecta rezolva in general problema fundarii

pe terenuri dificile, insa cu un consum ridicat de material (ciment, otel etc) si la costuri

superioare, considerent pentru care s-a recurs la gasirea unor metode care sa duca la

imbunatatirea terenurilor slabe,sa le ridice rezistentele mecanice, sa le amelioreze proprietatile

geotehnice , facandu-le bune pentru fundarea directa.

Pentru a putea realiza sisteme de fundare directe in conditiile unor terenuri dificile

se aplica fie metoda inlocuirii acestora cu perne de balast sau alte material locale,fie

imbunatatirea in adancime a stratului slab pe toata grosimea sa, sau numai partial, cand

acesta este foarte mare.

Pamanturile slabe sau dificile de fundare sunt considerate in general pamanturile

argiloase cu un grad de umiditate mare, pamanturile prafoase, malurile neconsolidate,

loessurile, nisipurile fine in stare afanata, argile cu consistenta redusa etc. Imbunatatirea

proprietatilor pamanturilor este o garantie ca exploatarea noii constructii ce urmeaza a se

realiza pe amplasamentul respectiv se face in conditii de siguranta.

Metodele de imbunatatire beneficiaza de un aport de material suplimentar

distribuit in terenul natural care impreuna cu acesta conlucreaza favorabil pentru obtinerea unei

capacitati portante sporite si deformabilitati reduse.

Inlocuirea terenului dificil de fundare prin perne din pamant, balast sau alte

material locale consta in excavarea stratului slab, sternerea si apoi compactarea prin cilindrare

sau batere in mod succesiv a unor straturi din pamant sau balast de 20-30 cm.

Pernele de balast se folosesc pentru marirea stabilitatii si micsorarea tasarilor,

pentru drenarea apei evacuate din porii terenului precum si pentru inlocuirea stratului de

pamant sensibil la inghet. Pernele de balast distribuie presiunile transmise de infrastructura

constructiei la terenul natural pe o suprafata mai mare decat talpa fundatiei. Ele maresc

stabilitatea fundatilor deoarece au caracteristici de rezistenta (unghi de frecare interna si

coeziune ) mai mari decat ale stratului de la baza pernei.

Grosimea pernei de balast se alege in functie de destinatia ei. La inlocuirea

stratului superficial, din cauza sensibilitatii la inghet, perna din balast se prevede pe intreaga

adancime de inghet. In cazul apei agresive fata de betoane, perna din balast elimina contactul

betonului din fundatii cu apa agresiva. Daca perna din balast este folosita in calitate de dren

orizontal, grosimea acesteia se va alege astfel incat dupa colmatarea zonei marginale

superioare cu particule de argila, diferenta ramasa sa asigure o sectiune de scurgere suficienta

pentru evacuarea apei. In cazul in care perna din balast este prevazuta pentru micsorarea

tasarilor fundatiilor, grosimea acesteia se stabileste din conditia de tasare a sa si a stratului de

pamant aflat sub ea, care insumate trebuie sa fie mai mica decat cea admisa pentru

constructia respective.

Dimensiunile in plan ale pernei de balast se recomanda sa se adopte astfel: daca

perna de balast se dispune pe teren fara o excavatie anterioara, atunci dimensiunea in plan a

pernei va fi mai mare decat cea necesara scopului functional, si anume cu o valoare egala cu

dublul grosimii, amplificata prin tangenta unghiului de frecare interioara a nisipului, care se va

considera egal cu acela al pernei compactate. In cazul dispunerii pernei din balast intr-o incinta

excavata sau intr-o transee cu rol de protectie, se va lucra cu atentie deoarece aceasta isi va

pierde stabilitatea. In acest caz se poate observa refularea nisipului si balastului si aparitia unor

presiuni asupra peretilor din pamant slab de catre materialul din perna.

1. Analiza din punct de vedere ethnic si tehnologic a realizarii unei perne de balast

Pentru proiectarea fundatiilor pe terenuri slabe imbunatatite, vor fi efectuate in

prealabil studii geotehnice mai amanuntite decat la proiectarea pe terenuri obisnuite, care sa

puna in evidenta stratificatia detaliata si caracteristicile fizico-mecanice ale fiecarui strat de

pamant, situatia hidrogeologica pe amplasament (nivelul apelor subterane si limitele de variatie

a acestuia) si posibilitatile de umezire a terenului de fundare. Studiile geotehnice trebuie sa

identifice cauzele care determina caracterul slab al terenului de fundare si sa determine

parametrii geotehnici aferenti, necesari proiectarii imbunatatirii acestuia.

Procedeul si intensitatea imbunatatirii terenului slab de fundare depinde de

destinatia si solutia constructiva adoptata pentru constructia amplasata pe terenul respectiv.

Efectul tehnico-economic optim poate fi obtinut de la caz la caz, fie actionand numai prin

imbunatatirea terenului slab, fie numai prin masuri de adaptare a constructiei la comportarea

terenului slab neimbunatatit sau actionand asupra amandoura astfel incat sa rezulte o

conlucrare satisfacatoare intre ele pentru comportarea constructiei in

exploatare.

Pentru realizarea pernelor, in functie de proportia fractiunilor granulare principale

de bolovanis, pietris si nisip se pot intalni materiale sub forma bolovanisului cu fractiunea

dominanta 20-200mm, fara a depasi insa 60%, restul fiind pietris si nisip,a balastului , un

amestec natural de pietris cu nisip si bolovanis,ultima fractiune nedepasind 25%,a balastului

nisipos, un amestec de pietris cu nisip. In fiecare din aceste materiale se accepta prezenta

fractiunilor praf si argila circa 10%.

Granulozitatea materialului trebuie sa fie continuu, iar coeficientul de

neuniformitate Un≥15. Pentru aceeasi perna se va urmari aprovizionarea cu material extras

dintr-o singura cariera. Nu este acceptata prezenta resturilor vegetale vizibile, bucati de lemn,

deseuri industriale, etc.[4]

Umiditatea balastului pus in opera se recomanda a fi egala cu 6-8% in cazul

balastului nisipos si de 4-6% pentru balast.

In cazul cand terenul din baza pernei este de consistenta scazuta (moale) se

recomanda ca primul strat al pernei sa fie realizat dintr-un material cu fragmente mari, de

exemplu bolovanis, piatra sparta etc.

Pentru compactarea materialului din perna se pot folosi utilaje terasiere din

indicatorul de norme Ts/1981, specifice materialelor granulare si anume: compactor vibrator cu

rulouri netede, tractat, de 55KN;compactor pe pneuri static, autopropulsat, de

100KN;compactor cu rulouri netede, autopropulsat, de 100-120KN, utilizat in mod exceptional

cand lipsesc primele doua utilaje.

Asternerea la grosimea stabilita a straturilor elementare, amestecarea si

omogenizarea materialului se face cu buldozerul.

Indesarea maxima ce se poate obtine pentru materialul din perna de balast

depinde respectarea cu strictete a doua cerinte:

materialul ce urmeaza a fi indesat prin compactare trebuie sa prezinte o

umiditate caracteristica indesarii maxime, numita umiditate optima de compactare (wopt )

stabilita prin incercarea Proctor;

etapele tehnologice privind grosimea straturilor asternute si numarul de treceri al

utilajului sa fie conform studiului geotehnic si proiectului lucrarii.

Indesarea maxima stabilita prin valoarea maxima a greutatii volumice a

pamantului in stare uscata,γdmax, ce poate fi atinsa numai cand energia de compactare este

indusa pamantului ce poseda o umiditate optima de compactare, wopt, depinde de tipul de

pamant prin urmatoarele caracteristici: distributia granulometrica, forma particulelor solide,

greutatea volumica a scheletului si tipul de minerale argiloase ce definesc compozitia chimico-

mineralogica a particulelor.

In vederea realizarii conditiilor generale de calitate se indica orientativ in tabelul

1grosimile stratului elementar (di, dc) cat si numarul minim de treceri suprapuse cu utilajul.

di = grosime strat elementar inainte de compactare;

dc= grosime strat elementar dupa compactare;

n = numar minim de treceri suprapuse cu utilajul.

Pernele nu se pot executa in perioadele ploioase cand nu poate fi respectata

umiditatea optima de compactare.

Avand stabilite tipul utilajului, numarul de treceri ale utilajului, grosimea stratului

elementar si umiditatea optima de compactare, se va trece la compactarea efectiva a straturilor

pana la realizarea grosimii pernei.

Controlul pe santier al calitatii umpluturilor din perna consta in efectuarea

urmatoarelor determinari pentru fiecare strat elementar:

granulozitatea balastului prin metoda cernerii conform STAS 1913/5-85 sau

STAS 4606-80;

coeficientul de neuniformitate al materialului:

Un = d60%/ d10 %

d60%= diametrul particulelor corespunzatoare continutului de 60% pe curba de

granulozitate;

d10%= diametrul particulelor corespunzatoare continutului de 10% pe curba de

granulozitate.

umiditatea balastului W(%) conform STAS 1913/1-82 sau STAS 4606-80;

greutatea volumica in stare uscata γ (KN/ m3) a balastului compactat ;

gradul de indesare al balastului (STAS 9850-83);

Probele pentru controlul compactarii se recolteaza din gropi cu diametrul minim

0,30m si adancimea 0,30m sau egala cu grosimea stratului elementar compactat. Numarul

probelor de control rezulta cate una pentru fiecare strat elementar si cel putin una la fiecare 20-

30 m3 de material compactat. In zonele in care conditiile de compactare sunt dificile se vor

recolta probe suplimentare.

Controlul pe santier al calitatii umpluturilor din perna de balast se face in final, dupa

realizarea pernei, prin penetrari dinamice cu con de tip PDU, dupa metodologia indicata

in"Instructiuni tehnice C176-75"

2. Studiu de caz – realizarea fundatiei pentru Supermarketul LIDL Suceava

Zona ce constituie obiectul studiului de caz se situeaza in Suceava. In vederea

stabilirii stratificatiei si a parametrilor geotehnici s-au efectuat cinci foraje combinate cu

penetrari dinamice in straturile de pamanturi necoezive. Lucrarile de teren si laborator

coroborate cu interpretarea penetrarilor conform Normativului C159-89 au stabilit ca terenul de

fundare se incadreazain categoria geotehnica 2 („Normativ privind documentatiile geotehnice

pentru constructii-indicativ NP074-2007”).

Datorita existentei unei argile prafoase cu valori reduse ale parametrilor geotehnici

si a unui nisip fin, fundarea obiectului se recomanda a se realiza in stratul de nisipuri cu pietris

pe radier general pozat pe un strat de balast de 20 cm, compactat cu utilaje mecanice.

In cazul cand in proiectare rezulta o adancime de fundare deasupra stratului de

nisipuri cu pietris este necesar imbunatatirea terenului de fundare prin realizarea unei perne de

balast de minim 80 cm pe care se va poza radierul general.

Realizarea pernei de balast implica urmatoarele operatii: excavarea terenului de

fundare cu 80 cm mai jos decat cota de fundare, compactarea cu utilaje mecanice a fundului

sapaturii, realizarea pernei de balast in straturi elementare, fig.1 compactate cu utilaje

mecanicefig.2, asigurandu-se un grad de compactare de minim 98% conformat de un laborator

de specialitate fig.3. Se vor utiliza agregate cu granulozitate continua 0–63 mm, iar evazarea

pernei fata de fundatie va fi egala cu inaltimea ei.

La partea superioara a pernei de balast se va putea lua in calcul o presiune

conventionala pconv =250 KPa in gruparea fundamentala a incarcarilor si un coeficient de pat ks

=4,3 daN/cm3.

3. Comparatii intre metoda pernei de balast si alte metode de imbunatatire a

proprietatilor terenului de fundare

Consolidarea masivelor de pamant utilizand materiale geosintetice cu rol de

armare. Lucrarile de sprijin necesita elemente de fatada pentru a asigura atat stabilitatea, cat si

estetica, formele putand diferi foarte mult, de la panouri prefabricate pe toata inaltimea sau nu,

imbinate intre ele prin diferite sisteme, blocuri modulare prefabricate din beton cu forme

geometrice variate,gabioane din geogrile, pana la sisteme simple, flexibile, realizate prin simpla

intoarcere aarmaturilor la fata masivului. Pamanturile armate cu materiale geosintetice

suntconstituite dintr o alternanta de straturi de pamant compactat, in general necoeziv si

armaturi geosintetice.Conceptul de pamant armat este datorat inginerului francez Henry Vidal,

care a inceput cercetarile in acest domeniu in anii ‘50 si in 1962 a brevetat solutia. Armaturile

introduse in pamant, avand drept rol preluarea eforturilor de intindere, au fost initial metalice,

sub forma de benzi, ulterior utilizandu-se materialele geosintetice pentru aceasta aplicatie.

Introducerea geosinteticelor sub forma de armaturi in pamant a revolutionat

conceptul de pamant armat, permitand dezvoltarea de produse si tehnologii noi, specifice

domeniului constructiilor geotehnice.

Cu ajutorul armaturilor geosintetice se pot realiza structuri de sprijin abrupte pana la

verticale, pante abrupte, reabilitari de pante alunecate, ramblee si diguri pe terenuri foarte

compresibile, armarea patului drumurilor si a imbracamintilor asfaltice

Materiale geosintetice utilizate la armarea pamanturilor sunt armaturile din materiale

geosintetice pot fi sub forma de benzi, folii sau saltele realizate din: geotextile, geogrile,

geocompozite de armare.

Materialele geosintetice utilizate la armarea pamanturilor sunt cunoscute in ingineria

geotehnica sub denumirea de armaturi de tip „extensibil” sau relativ extensibile. Acestea au

deformatii la rupere mai mari decat deformatiile maxime ce pot apare in pamantul nearmat, in

aceleasi conditii de solicitare.

Proprietatile acestui tip de armaturi sunt, in general, dependente de timp si

temperatura,deaceeapentru determinarea lor sunt necesare incercari pe termen lung (fluaj).

Datorita diversitatii de produse, fiecare produs trebuie analizat individual. produsele

realizate din poliester sunt susceptibile de a-si modifica proprietatile datorita proceselor de

hidroliza si a temperaturilor ridicate. Hidroliza si procesele de dizolvare a fibrelor sunt mai

accelerate in medii alcaline, la nivelul apelor subterane sau in zone cu precipitatii abundente.

Materialele geosintetice realizate din poliolefine (polipropilena, polietilena) sunt susceptibile la

diminuarea proprietatilor mecanice ca urmare a proceselor de degradare oxidativa sau a

temperaturilor inalte.

Progresul tehnologic a dus la obtinerea unor materiale geosintetice care ofera

solutii tehnice cu un grad ridicat de siguranta pe termen lung. Ranforsarea solului cu geogrile

este considerata in ingineria geotehnica o metoda sigura si economica din urmatoarele

considerente:

− inlocuiesc volume si mase de materiale clasice – filtre inverse minerale, pereuri

din beton si masti din asfalt – reduc gabaritele terasamentelor, in final conducand la o

economie considerabila de resurse materiale naturale, precum si de energie pentru extragere,

prelucrare, transport si punere in opera;

− sunt omogene, izotrope atunci cand se cere aceasta caracteristica, au o masa

redusa, se pot realiza din fabrica la lungimi de pana la 35m si latimi de pana la cca 2m ( 6m, in

cazuri speciale);

− materialele geosintetice au elasticitate, proprietate extrem de importanta intrucat

structurile de pamant pot suferi in exploatare deformatii insemnate pe care, datorita acestei

caracteristici le pot prelua cu usurinta, rezistenta la intindere pastrandu-se chiar si la alungiri

insemnate;

4. Concluzii

Imbunatatirea terenurilor dificile de fundare cu perne de balast este o solutie buna

din punct de vedere economic . Tehnologia de executie este relativ simpla.

Metodele de imbunatatire a proprietatilorgeomecanice ale terenurilor de fundare si a

tehnicilor si tehnologiilor privind aplicarea lor in practica cunosc o dezvoltare permanenta

pentru a obtine performante sporite la costuri relativ accesibile pentru beneficiar. Cercetarile in

domeniu sunt orientate atat in directia realizarii de echipamente tehnice performante cat si spre

crearea de noi materiale care sa sporeasca calitatile terenului imbunatatit in paralel cu o mare

durabilitate si fara o depreciere a mediului înconjurător.

Metoda prezentata este una dintre cele mai eficiente si frecvent folosite, care ajuta

la cresterea pe unitate de volum a continutului de faza solidă in scopul reducerii porozitatii

respectiv a cresterii starii de indesare.

BIBLIOGRAFIE

1. Irina Lungu; Anghel Stanciu; Nicolae Boti,Probleme speciale de geotehnică si fundatii, Editura

Junimea Iasi 2002

2. Silion T.;Răileanu P.,Pământuri macroporice sensibile la umezire, Institutul Politehnic Iasi 1978

3. Anghel Stanciu; Irina Lungu,Fundatii,Editura Tehnică București 2005

4. P7/2000 – Normativ pentru fundarea construcțiilor pe pământuri sensibile la umezire

5. Iacint Manoliu Fundatii si procedee de fundare Editura Didactica si pedagogica, Bucuresti

6. M. Paunescu, V. Pop, T. Silion Geotehnica si fundatii, Editura Didactica si pedagogica,

Bucuresti 1982