Ovidius University Annals of Constructions Volume 1, Number 2, May 2000

ISSN-12223-7221 © 2000 Ovidius University Press

Folosirea geosinteticelor pentru drenarea terasamentelor la calea ferată

Diana ŢENEA, Dragoş VINTILĂ, Cornel CIUREA, Dan PASCALE, Carmen MAFTEI

Facultatea de Construcţii, Universitatea "Ovidius" din Constanţa,8700, România

__________________________________________________________________________________________ Abstract In this article we present the applications off geosintetics materials used in drainage off the railway embankments. We also present a classification off geosintetics by their functions. This article is based on the achieved experience from practical activity. In here we present one off our work designed for the railway administration. Keywords: geosintetics, drainage, embankments. __________________________________________________________________________________________ 1. Introducere

Materialele geosintetice sunt materiale sintetice

din clasa polimerilor care nu se degradează sub acţiunea agenţilor din pământ şi au ca scop îmbunătăţirea caracteristicilor pământurilor.

Materialele sintetice se prelucrează în anumite condiţii de temperatură şi presiune prin deformări plastice care dau diferite calităţi produselor rezultate.

Printre elementele constitutive ale geosinteticelor se numără:

compuşi macromoleculari constând din unul sau mai mulţi polimeri naturali, sintetici sau dintr-o răşină;

Compuşi de umplutură minerali sau organici care asigură structura de rezistenţă a geosinteticului;

Materiale de armare adăugate cu scopul de a îmbunătăţi proprietăţile mecanice;

Plastifianţi care asigură vâscozitatea şi flexibilitatea produsului;

Dizolvanţi care formează combinaţii lichide cu compuşii macromoleculari şi conferă mobilitatea temporară a acestora în vederea prelucrării;

Coloranţi şi pigmenţi pentru protecţia fizică a produsului;

Aditivi antistatici, fungistatici, bacteriostatici, ignifugi şi antioxidanţi.

Introducerea geosinteticelor a fost stimulată de necesitatea îmbunătăţirii performanţelor construcţiilor şi amenajărilor hidrotehnice, rutiere, feroviare şi de altă natură.

Costul lucrărilor a putut fi redus prin folosirea de produse reciclate, combinarea cu fibre naturale şi alte măsuri. S-a ajuns în prezent la preţuri competitive cu materialele clasice, asigurându-se avantaje tehnice în plus.

Primele aplicaţii cu caracter experimental în care au fost înglobate geosintetice s-au întreprins în SUA în anii ’30; lucrări de mai mare amploare s-au efectuat însă începând cu anii ’50 în SUA, Olanda, Germania şi Japonia. Un deceniu mai târziu, aceste materiale, îndeosebi geotextilele, s-au extins în Franţa mai ales la terasamente de drumuri şi căi ferate, la diguri şi baraje.

O imagine a dezvoltării progresive a utilizării acestor materiale pe plan mondial este oferită de datele de mai jos, reprezentând suprafeţele de geotextil din lucrările executate în anii respectivi:

1977- peste 50.000.000 m2 în 18 ţări 1984- peste 300.000.000 m2 anual 1988- peste 800.000.000 m2 anual Pentru anul 2000 se estimează folosirea lor pe o

arie de peste 500.000.000 m2. În România, geosinteticele, la început sub

forma geotextilelor au fost utilizate încă din 1973 la lucrări de drumuri, lucrări hidrotehnice şi de îmbunătăţiri funciare. În ultimii ani aplicarea geosinteticelor în România s-a intensificat datorită dotării cu o nouă linie de fabricaţie la întreprinderea MINET din Râmnicu Vâlcea, unde se produc curent geotextile de uz tehnic în cantităţi suficiente.

Folosirea geosinteticelor pentru drenarea …/ Ovidius University Annals of Constructions 2, 317-320 (2000)

318

Cele mai răspândite sunt geotextilele neţesute, care pot îndeplini simultan, dacă este necesar, mai multe funcţiuni (filtrare, drenare şi eventual ranforsare). Ca pondere, geosinteticele ocupă circa 50% din total în America de Nord, circa 40% în Europa, iar restul de 10% din celelalte ţări în

principal în Japonia. Din materialul bibliografic disponibil la ora actuală reiese că din totalul geotextilelor utilizate în lume, cca. 80% sunt neţesute, de asemenea folosirea geogrilelor cunoaşte actualmente o extindere considerabilă.

Denumirea grupului şi definirea produsului Principalele funcţiuni pe care le pot îndeplini Geotextile (GT) Produse plane şi permeabile din polimeri (sintetici şi naturali) sub forma unor materiale textile care pot fi textile care pot fi ţesute, neţesute, tricotate folosite la lucrări din pământ sau alte construcţii

filtrare drenare separare protecţie ranforsare

Geomembrane (GM) Folii impermeabile din polimeri, folosite ca bariere pentru lichide sau vapori în lucrări din pământ sau alte construcţii

barieră pentru lichide sau vapori

Geogrile şi georeţele (GG) Produse plane din polimeri constând dintr-o reţea regulată deschisă ale cărei goluri sunt mai mari decât elementele de legătură, folosite pentru consolidare în lucrări din pământ sau alte construcţii

ranforsare (consolidare, armare)

Alte geosintetice Geoplase, geosaltele, geocelule, geospaţiale, geocompozite

diverse funcţiuni specifice produsului

Categoria funcţiilor Funcţia Geotextile tipice Schema de lucru

Etanşare GM

Filtrare GT

Hidraulice

Drenare GT + GG

Separare GT Interfaţă

Protecţie (transfer de solicitări) GT + GG

Macroranforsare GT + GG

Microranforsare Fibre, fire

Ranforsare (consolidare)

Ranforsare de suprafaţă GM + GT + GG

D. Ţenea et al./ Ovidius University Annals of Constructions 2, 317-320 (2000)

319

În reprezentarea de mai sus sunt sintetizate principalele categorii de funcţiuni ale geosinteticelor şi schema lor de lucru:

Materialele geosintetice au devenit competitive cu cele tradiţionale în ceea ce priveşte costul, datorită faptului că se pun în operă cu procedee relativ simple, în orice condiţii meteorologice, pe temperaturi mai mari de –50C, se taie şi se înnădesc uşor pe şantier, se mulează bine pe suprafaţa terenului şi datorită flexibilităţii lor se pot folosi cu uşurinţă la diverse lucrări cu finisaje de bună calitate cu aspect agreabil.

Există însă şi unele dezavantaje, legate mai ales de gradul mai redus de cunoaştere a performanţelor (mai ales durabilitatea), ca urmare a timpului relativ scurt de când se folosesc; se ştie că se degradează destul de repede sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete, de aceea trebuie protejate în consecinţă. În continuare prezentăm o clasificare a geosinteticelor după funcţiile pe care le pot îndeplini:

2. Studiu de caz

În acest context prezentăm o utilizare recentă a

geosinteticelor la lucrările de refacţie a liniei Bucureşti –Constanţa (fir I 800) cu consolidarea terasamentului căii în zona Mircea Vodă – Medgidia între km. 173+100 - 194+000.

Înainte de începerea lucrărilor, terasamentul, cel puţin la prima vedere, nu părea afectat, singurele probleme apărute provenind de la suprastructura căii ferate care prezenta următoarele deficienţe:

traverse necorespunzătoare, elementele de prindere dintre şină şi traverse necorespunzătoare,

şine cu uzuri mari, mai ales cu uzuri laterale mari în curbe.

Deoarece îmbunătăţirea stării căii nu se putea face prin lucrări de întreţinere curentă, s-a impus reparaţia capitală a liniei - respectiv refacţie cu şină tip 60 montată pe traverse tip T26 din beton precomprimat.

Ultimele lucrări de reparaţie capitală s-au executat pe acest tronson în anul 1976.

Lucrările de refacţie au impus şi realizarea unui studiu geotehnic în urma căruia au rezultat următoarele :

prismul de piatră spartă de grosimi variabile, necorespunzător normelor tehnice în vigoare, este colmatat pe zone întinse;

stratul de balast este neuniform, având în componenţă pietriş mare, mic şi nisip de diferite granulozităţi ajungând până la nisip fin, neuniformitatea stratului de balast datorându-se şi segregării materialului fin din masa prismului de piatră spartă.

stratul de nisip este neuniform, inexistent chiar, în unele zone.

Lipsa stratului de nisip sau discontinuitatea acestuia a dus la acumularea apei meteorice şi la deformarea platformei căii, fapt demonstrat şi de gradul mare de umiditate al platformei căii.

Pentru îmbunătăţirea stării căii şi ridicarea vitezei de circulaţie şi pe acest tronson la 140km/h, s-au impus următoarele lucrări:

refacerea taluzului şi consolidarea terasamentului,

refacerea stratului filtrant, refacerea prismului de piatră spartă, decolmatarea şanţurilor de scurgere existente

şi realizarea celor proiectate. În aceste condiţii, pentru lucrările de refacere a

terasamentelor şi realizarea noului profil transversal precum şi pentru îmbunătăţirea capacităţii portante, s-au realizat următoarele lucrări:

după îndepărtarea materialelor granulare, s-a compactat prin cilindrare terasamentul actual

straturile elementare (amestec de pământ argilos, fragmente de calcar degradat sau loess galben) s-au compactat static până s-a atins γd min = 16,5 kN/m3 şi cota proiectată. Coronamentul terasamentului s-a amenajat cu pantă de 5%, iar acolo unde s-a impus completarea terasamentului s-au executat trepte de înfrăţire. Hidroizolarea terasamentului s-a făcut prin aşternerea unui strat de geocompozit şi anume BENTOFIX tip B pe un strat suport de 10cm grosime.

Pentru îmbunătăţirea capacităţii portante a pământului s-a procedat astfel:

s-a decapat până la cota –1,20m faţă de NSS proiectat şi s-a asigurat panta transversală de 5% spre şanţul de colectare a apei meteorice.

s-a aşternut un strat de geotextil TERASIN 400 pe o lăţime de 6,5 m pe platforma căii ferate. Geotextilul TERASIN 400 este folosit în acest caz ca strat anticontaminant.

Geotextilul se va aşterne prin derularea sulurilor în lungul căii, suprapunându-se pe o lăţime de 20cm la margini. Peste stratul de TERASIN 400 s-a montat

Folosirea geosinteticelor pentru drenarea …/ Ovidius University Annals of Constructions 1, 317-320 (2000)

320

un strat de geogrilă din polipropilenă cu noduri rigide tip TENSAR SS30 pe o lăţime de câte 2 m de o parte şi de alta a axului CF, pentru sporirea capacităţii portante a terasamentului CF şi pentru reducerea tasărilor diferenţiate, realizând astfel o armare a bazei platformei căii ferate. Ulterior se realizează toate straturile (nisip, pietriş, balast) cu gradul de compactare corespunzător determinate prin încercări Proctor.

SIN

A T

IP 6

0 N

OU

ATR

AV

ERSA

BET

ON

TIP

T26

STR

AT

PIA

TRA

SPA

RTA

30c

mST

RA

T B

ALA

ST 3

0cm

STR

AT

MA

TER

IAL

REZ

ULT

AT

DIN

CIU

RU

IRE

20cm

GEO

GR

ILA

TEN

SAR

SS3

0; L

=4,0

0mG

EOTE

XTI

L TE

RA

SIN

400

L=6

,50m

PATU

L C

AII

FER

ATE

5m

0,8m

10m

0,4m

3. Concluzii

În zona în care s-a efectuat lucrarea prezentată mai sus, calea ferată a fost construită pe o zonă iniţial mlăştinoasă, din imediata vecinătate a canalului Dunăre -Marea Neagră, desecată şi adusă la cota de realizare a platformei căii ferate cu pământ rezultat

din excavaţiile de la canal. Deficienţele găsite la calea ferată care au impus reparaţia capitală se datorează în mare parte deformaţiilor terenului de fundare.

Apariţia deformaţiilor terenului de fundare şi implicit a terasamentului căii ferate au fost puse pe seama prezenţei apei meteorice în terasament şi pe drenarea insuficientă a acestora, soluţia din proiect fiind numai de suprafaţă prin reproiectarea terasamentului şi a şanţurilor de colectare şi folosirea geosinteticelor.

Cu toate acestea, deformaţiile mari ale terenului de fundare şi ale terasamentului pot avea şi o altă cauză şi anume prezenţa apei în terenul de fundare datorită infiltraţiilor provenite din canalul Dunăre - Marea Neagră. Rezolvarea acestei probleme se poate face prin introducerea unei geomembrane între calea ferată şi canal. Rolul acestei membrane este de a opri infiltraţiile apei din canal şi de a o conduce către roca de bază. În felul acesta, terenul de fundare şi-ar micşora umiditatea şi şi-ar îmbunătăţi proprietăţile mecanice.

Acest ecran impermeabil se poate realiza dintr-un ciment bentonitic şi o geomembrană introduse într-un şanţ forat până la roca de bază. În continuare prezentăm un profil transversal caracteristic pentru linia I 800 Bucureşti-Constanţa, cu amenajările de protecţie împotriva infiltrării apelor din zona Canalului Dunăre-Marea Neagră. 4. Bibliografie [1] A. Găzdaru, S. Manea, V. Feodor, L. Batali Geosinteticele în construcţii,1999 Editura Academiei Române [2] L. Kellner, A. Găzdaru, V. Feodor , Geosinteticele în construcţii, vol. 1, 1994 Editura Inedit Bucureşti [3]***Proiect U31/1093-1997-Proiectant Regionala CF Constanţa, (Şef de proiect ing. M. Dragne) [4]I. Antonescu, S. Andrei, S. Manea Studiu privind metodele de proiectare a lucrărilor ce înglobează materiale sintetice 1993 Editura UTCB