ANCORAJELE IN TEREN

Ancorajele in teren, numite pe scurt ancoraje, sunt elemente de susţinere solicitate la tracţiune care se fixează cu o extremitate într-o lucrare de constucţie a cărei stabilitate trebuie asigurată, iar cu cealaltă extremitate se fixează într-un strat de pământ sau într-o rocă stâncoasă.

Realizarea ancorajelor in teren, datorită tehnicităţii ridicate a lucrărilor, trebuie încredinţată numai unei unităţi de specialitate care are experienţă în acest gen de lucrări. În ceea ce priveşte folosirea ancorajelor, trebuie menţionat de la bun început că sunt categorii de terenuri improprii pentru aceasta. În această categorie se află pământurile sensibile la umezire, argilele cu contracţii şi umflări mari, pământuri mâloase şi pământuri care conţin materii organice.

Din punct de vedere istoric se poate aprecia ca moment al originii ancorajelor în teren sfârşitul secolului al XIX-lea. Pe măsura avansului tehnologic şi a apariţiei unor lucrări tot mai complicate, ancorajele au fost tot mai mult folosite la diverse lucrări de construcţii.

Ancorajele în teren sunt folosite in prezent cel mai frecvent la lucrări de susţinere cu caracter temporar si permanent, respectiv pereţi de incintă din palplanşe sau pereţi de incintă din panouri de beton armat. De asemenea sunt utilizate ancorajele în teren şi la lucrări cu caracter definitiv cum ar fi ziduri de sprijin, radiere generale aflate sub nivelul apei şi supuse fenomenului de subpresiune, fundaţiile unor construcţii înalte – stâlpi de linii electrice aeriene, piloni de radio, televiziune sau telefonie mobilă, coşuri de fum – pe talpa cărora se dezvoltă eforturi de întindere. Nu în ultimul rând, ancorajele în teren sunt folosite la lucrări de stabilizare a versanţilor sau a unor masive de roci stâncoase fisurate puternic.

In cazul incintelor, solutia de sustinere cu ancoraje este avantajoasa, intrucat se lasa libera incinta excavata. Ancorajele de pamant pot fi de asemenea utilizate complementar cu alte sisteme de sprijinire (spraituri sau contrabanchete de pamant). [3]

ETAPE DE PROIECTARE A ANCORAJELOR:

- stabilirea conditiilor pe care trebuie sa le indeplineasca elementul ancorat si stabilirea preliminara a dimensiunilor principale ale acestuia pe baza cerintelor functionale si constructive sau a unor lucrari similare;

- evaluarea informațiilor geotehnice disponibile; efectuarea studiilor geotehnice suplimentare necesare;- evaluarea fezabilitații utilizarii ancorajelor;- efectuarea de studii de arhiva si pe teren pentru a stabili implicatiile ingineresti, economice si legale

ale utilizarii ancorajelor in cazul dat;- obtinerea avizului Reprezentantului Tehnic al beneficiarului pentru utilizarea ancorajelor- obtinerea aprobarilor necesare, daca ancorajele se extind pe proprietatile invecinate;- definirea criteriilor de stabilitate generala pe care sistemul de ancoraje trebuie sa le indeplineasca;- stabilirea starilor limita ultime si ale exploatarii normale la care trebuie verificate ancorajele;- stabilirea actiunilor corespunzatoare acestor stari limita;- determinarea solicitarilor din ancoraje si precizarea geomertiei elementului ancorat si a ancorajelor;

- determinarea solictarilor in structura ancorata si optimizarea solutiei;- verificarea ancorajelor si detalierea caracteristicilor acestora;- stabilirea nivelului de protectie anticorosiva pentru ancoraj pe baza duratei de viata estimate si a

agresivitatii mediului determinata prin analize ale probelor de pamant si apa subterana;- evaluarea necesitatii monitorizarii comportarii in exploatare a ancorajelor si prevederea masurilor

necesare daca este cazul;- precizarea cerintelor si criteriilor de incercare pentru: comportarea interfetei bulb-teren; materialele si

dispozitivele ce se vor utiliza protectia anticorosiva;- precizarea incarcarilor ce urmeaza a fi realizate;- stabilirea:

o organizarii lucrarilor;o masurilor de remediere;o masurilor de securitatea muncii si protectia mediului

- realizarea si incercarea ancorajelor de proba; analizarea rezultatelor si modificarea solutiei initiale, daca este cazul;

PREDIMENSIONAREA ANCORAJELOR :

Predimensionarea si stabilirea distributiei initiale a ancorajelor se va face tinand cont de:

- valoarea globala a solicitarii din incarcarile de exploatare care va fi preluata de catre ancoraje;

- constrangerile privind pozitiile si traseele obligate ale ancorajelor;

- valorile orientative ale solictarilor de exploatare care pot fi preluate, in mod curent de catre ancoraje;

- tehnologiile disponibile pentru diverse solutii de ancorare;

In cazul lucrarilor de sustinere a excavatiilor in zone construite, primul rand de ancoraje se va amplasa la un nivel care sa permita ca traseul acestora sa fie la minim 2 m de conductele de alimentare cu apa, canalizare etc. si la minim 4m fata de suprafata terenului.

VALORI DE SIGURANTA PENTRU CALCULUL ANCORAJULUI :

Valoarea de calcul Ra,d a rezistentei la smulgere, Ra, a unui ancoraj, trebuie sa indeplineasca urmatoarea conditie limita:

Pd Ra,d

unde Pd – valoarea de calcul a fortei de ancorare.Valorile de calcul ale rezistentei la smulgere pot fi determinate pe baza rezultatelor incercarilor

itnreprinse asupra ancorajelor sau prin calcul.Valoarea de calcul a incercarii ancorajului, Pd, trebuie stabilita, pe baza calculului structurii ancorate,

drept valoarea maxima dintre:- forta corespunzatoare starii limita ultime exercitata de structura ancorata sau, daca este relevanta,- forta corespunzatoare starii limita de exploatare exercitata de structura ancorata.

In determinarea valorii de calcul a incarcarii ancorajului, Pd, se va tine seama de prevederile normativului NP 114 si de cele indicate in SR EN 1997-1:2004 (sectiunile 2 si 8), corelat cu Anexa Nationala SR EN 1997-1:2004/NB:2007.

Valoarea de calcul a rezistentei la smulgere trebuie stabilita pe baza valorii caracteristice, folosind relatia:

Ra,d = Ra,k / γa

unde: Ra,k – valoarea caracteristica a rezistentei la smulgere; γa – coeficient partial pentru rezistenta la smulgere; valoarea sa este stabilita in

functie de durata de serviciu a ancorajului (provizorie sau permanenta). [4]

TIPURI DE ANCORAJE :

Un prim tip de ancoraj, foarte des folosit, este cel de tipul “dead-man” sau “corp mort”, care presupune ingroparea unei grinzi/bloc de beton armat sau a unei grinzi/placi metalice care preia, prin intermediul unui tirant atasat, eforturile de ancorare a obiectului de ancorat (perete de sustinere, stalp, fundatii din beton armat, etc.). Aceasta metoda prezinta unele avantaje, cum ar fi posibilitatea pretensionarii tirantilor pentru reducerea deplasarilor si a tasarilor din pamant, dar se bazeaza pe utilizarea de materiale de obicei costisitoare (beton, otel), necesita lucrari suplimentare (excavatia si ingroparea corpurilor “deadman”) si au un impact negativ asupra mediului (perturbarea solului, poluarea prin eliberare de CO2 in natura).

Din tipul ancorajelor cu injectare de ciment mentionam ancorajul temporar de tip “DYWIDAG” (DSI) prezentat in figura alaturata.

Ancorajele permanente cu injectare cele mai eficiente, folosite in special in cazul rocilor, sunt cele de tip toron, si ancorajul SBMA. Ancorajul de tip SBMA presupune executarea unui singur foraj, dar a mai multor bulbi care lucreaza independent. Asftel, este permisa marirea lungimii zonei de ancorare de trei-patru ori, comparativ cu sistemul mono-ancoraj. [5]

Ancorajele elicoidale reprezinta o solutie folosita de obicei cu caracter temporar, care prezinta avantajul posibilitatii de reutilizare. Instalarea se face manual in cazul celor de dimensiuni mici, care pot prelua eforturi reduse, de pana la 20-25 kN. Sunt folosite pentru ancorarea corturilor, adaposturilor temporare, a mobilei de gradina, a copacilor, a barcilor, motocicletelor, avioanelor, etc.

Sunt compuse dintr-o tija metalica (tirantul), care are la capat un disc elicoidal care permite introducerea facila in sol. Exista si ancoraje de tip elicoidale pentru forțe mai mari, compuse din mai multe sectoare spiralate pe aceeasi tija, si care necesita folosirea unui utilaj specializat pentru instalare.

Ancorajele cu corp basculant

Un sistem de ancorare novator din multe puncte de vedere este cel implementat de firma Foresight Products din SUA, disponibil acum si in Romania. Este vorba de ancorajele de pamant cu corp basculant, care se introduc in pamant prin batere, un concept deosebit de simplu care nu necesita utilaje si echipamente scumpe sau cu grad mare de specializare. De asemenea, instalarea acestui tip de ancoraje nu presupune forta de munca numeroasa, spatii mari de lucru implica perturbarea pamantului, fiind o solutie adaptata cerintelor ecologice actuale privind protejarea mediului inconjurator.

ANCORAJELE DE PAMANT ‘FORESIGHT PRODUCTS’ se grupeaza in trei familii: Manta Ray®, StingRay® si Duckbill®, toate cu acelasi principiu de functionare, acoperind o gama mare de aplicatii.

Design-ul ancorajelor de pamant Foresight a fost conceput pentru a facilita cat mai mult instalarea lor. Oferind o suprafata minima de contact la batere, se minimizeaza forta de opunere a pamantului, iar inaintarea se face cu o perturbare minima a solului. Cand adancimea de ancorare dorita este atinsa, instalatorul ataseaza dispozitivul de fixare, prevazut cu un aparat de masura (manometru/dinamometru), care trage de tirant pana ce ancorajul basculeaza si se fixeaza definitiv in pamant, atingandu-se in acest fel rezistenta maxima la smulgere.

In cazul ancorarilor peretilor de sprijin, se pot folosi diferite metode de calcul pentru determinarea fortelor si repartizarea acestora de-alungul peretelui, tinand cont de presiunea exercitata de sol asupra peretelui pe ambele fete, de natura straturilor de pamant, de presiunile hidrostatice si hidrodinamice din zonele activa si pasiva si de sarcinile supraterane aflate in vecinatatea lucrarii.

Adancimea necesara de batere va fi dincolo de panta de alunecare determinata prin calcul si bazata pe datele din studiul geo, iar unghiul de infigere va fi de 0÷30° fata de orizontala. Conditia generala pentru instalarea ancorajelor Manta Ray este ca raportul H/D sa fie mai mare ca 5, unde H este adancimea de ancorare, iar D - diametrul echivalent al talpii ancorajului.

Pentru a preintampina reducerea capacitatii portante a ancorajelor alaturate cauzata de intrepatrunderea conurilor de presiune, este necesara o distanta de minim 8 diametre echivalente între 2 ancoraje consecutive. Esecul in montarea unui ancoraj se rezolva prin montarea unui ancoraj nou, in vecinatatea celui compromis.

Pentru siguranta in dimensionare si buna functionare a ancorajelor, se cere verificarea rezultatului calculelor de dimensionare prin teste in conditii reale de ancorare la locul de montaj.

Pasi de instalare

Schita ancoraj tip torn Schita ancoraj SBMA

Infigerea ancorajului Extragerea barei Bascularea prin Blocarea si testarea de infigere tragere ancorajului

Instalarea ancorajelor de pamant Manta Ray, si StingRay elimina orice eroare de montaj deoarece presupune incarcarea ancorajului cu forta necesara concomitent cu testarea in amplasamentul respectiv.

Deoarece ancorajul este introdus in pamant cu un pickhammer hidraulic/pneumatic sau excavator (in functie de de tipul de ancoraj si straturile de pamant existente), nu sunt necesare sapaturi aditionale, iar instalarea completa a unui ancoraj in pamant de tasare medie dureaza maximum 15-20 minute. De asemenea se pot face economii prin eliminarea utilajelor specializate.

Ancorajul de pamant Foresight cu corp basculant este un ansamblu de piese componente, alcatuit din:

1. Corpul ancorajului: o piesa metalica lată ce constituie partea activă a ancorajului și o articulație cu un grad de libertate, de aproximativ 120º atașat în dreptul centrului de greutate al corpului ancorajului. Corpul metalic cât și articulația sunt din oțel protejat la coroziune prin zincare termică, sau aluminiu (în cazul unor ancoraje Duckbill).

2. Tirantul: piesa de legatura prin intermediul căreia se transmite forța portantă de la ancoraj, la obiectul de ancorat. Pentru ancorajele Manta Ray® si Sting Ray® tiranții sunt confecționați din bare GEWI® de oțel de lungime 3-6 metri care se pot cupla între ele prin mufe filetate pe toată lungimea, cu filet stânga.

Tiranții sunt astfel dimensionați încât să suporte forțele calculate luându-se în considerație și efectul coroziunii. Ei se vor debita sau mufa la lungimile din teren iar diametrul lor este cuprins între 16 și 28 mm. La ancorajele DuckBill se mai folosesc cabluri de oțel sau tije cu ochi de prindere care se livrează împreună cu ancorajul la lungimea dorita;

3. Mufa: piesa metalică filetată interior ce cuplează segmentele de tiranți;

4. Piulița de capăt: piesa metalică filetată ce se montează la capătul liber al tirantului pentru fixarea fermă a obiectului de ancorat, de obicei prin intermediul plăcii de capăt;

5. Placa de capăt este confecționată din tablă de dimensiunile 120x120x8mm sau 150x150x10mm, care prin intermediul piuliței fixează obiectul de ancorat.

6. Elemente auxiliare: dornul de batere. Acesta este confecționat din tije de oțel special de diametre de 32 mm/38 mm/45 mm și lungime de 1,2 m/1,8 m/3,0 m, tije care se pot mufa între ele pentru a obține lungimile dorite

7. Echipamentul de tragere: Acesta este folosit pentru a aduce ancorajul în poziție de lucru și poate fi: mecanic, mai exact o pârghie de gradul trei unde forța activă este dată de un cric hidraulic sau cu piston și pompă de ulei (pentru forțe ce depășesc 25kN). De subliniat că ambele tipuri de echipamente sunt prevăzute cu manometre fapt ce permite în orice moment măsurarea forței de tragere. [2]

PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL ANCORAJULUI CU CORP BASCULANT : se bazeaza pe obtinerea rezistentei maxime la tragere prin introducerea ancorajului in pamant cu partea care ofera cea

Tirant GEWI

Mufa Piulita de capat Placa de capat

Elemente auxiliare

Ancorajele cu corp basculant asigura fixarea protectiilor de beton celular folosita in prevenirea eroziunii in apele curgatoare. Instalarea este facila, realizandu-se prin orificiile fagurilor. Acest sistem previne surparea peretelui prin eroziune in conditii de inundatii extreme.

mai mica rezistenta la inaintare si intepenirea acesteia prin tragere si basculare pentru a opune suprafata maxima la smulgere.

Practic sunt de urmat patru pasi:- Asamblare: se insurubeaza tirantul în corpul basculant al

ancorajului având grija de a se lăsa un spațiu care să permită rotirea brațului; se poziționează dornul în locașul din corpul ancorajului.

- Infigere: se introduce ansamblul pregătit, în pământ, la unghiul și adâncimea stabilite prin batere sau împingere acționând numai asupra dornului. Această operațiune se poate executa cu baros sau pickhammer (pentru ancorajele mai mici) sau utilaje mai mari (buldo-excavator, excavator, etc) pentru ancorajele mari sau în soluri foarte compacte. După introducerea ancorajului se extrage dornul în vederea refolosirii.

- Basculare (operațiunea prin care ancorajul se aduce în poziția de lucru): se obține prin tragerea de capătul liber al elementului de legatură (tirant, cablu, tijă). Tragerea se execută cu un echipament prevăzut cu dispozitiv care indică forța de tragere (manometru, dinamometru). Tragerea se execută până la atingerea forței de calcul plus 15%. Condiția de buna funcționare este îndeplinită dacă pe parcursul a două minute forța indicată de aparatul de masură nu se modifică.

- Ancorarea propriu-zisă. Constă în fixarea fermă a obiectului de ancorat de capătul liber al tirantului.

APLICATII

Prin folosirea sistemelor de ancoraje cu corp basculant la fixarea taluzurilor cu blocuri de ciment se elimina total excavarea sau saparea solului in spatele peretelui care ar putea periclita stabilitatea versantului.

Ancorarea peretilor de protectie de maluri cu ancoraje de pamant cu corp basculant elimina lucrarile greoaie si dificile precum ingroparea de corpuri pierdute (deadman), ancorarile elicoidale sau cu injectie de ciment.

Un mod foarte usor de a ancora palplanse pentru securizarea peretelui impotriva surparilor.

Presiunea exterioara a solului asupra peretilor de subsoluri/fundatii poate cauza bombarea sau chiar suparea acestora. Folosirea ancorajelor cu corp basculant rezolva in cel mai simplu mod orice risc mentionat mai sus.

Flexibilitatea acestui sistem de ancoraje usureaza instalarea gabioanelor pe pante abrupte crescand stabilitatea saltelelor de piatra.

Lucrarile de stabilizare a solului se pot realiza astfel fara lucrari dificile tehnologic sau costisitoare, precum ancorarea cu injectii de ciment.

Ancorarea turnurilor, stalpilor, coloanelor, cosurilor inalte, etc. a devenit mult mai simpla prin eliminarea blocurilor de beton condamnate (“deadman”).

Acest sistem de ancoraje se poate folosi eficient pentru ancorarea oricarui tip de conducta, din punct de vedere al materialului si al dimensiunilor, cat si al pozitiei (in pamant, semi-ingropata, la suprafata sau imersa). Metoda de ancorare este foarte simpla si duce la economii substantiale de timp, bani, forta de munca, utilaje.

Ancorarea cupolelor gonflabile, a corturilor, structurilor demontabile, coperinelor, a devenit mult mai simpla. Ancorajul este batut in pamant, blocat si atasat structurii.

METODE DE INSTALARE:

Fiecare ancoraj instalatat este verificat si testat la forta de blocare/rezistenta inainte de a fi folosit. Instalarea ancorajului si testarea acestuia se fac simultan. Este eliminat astfel factorul de incertitudine.

AVANTAJELE UTILIZARII ANCORAJELOR CU CORP BASCULANT:

Nu se sapa si nu se excaveaza pentru introducerea ancorajului; Nu se perturba si disloca solul din jurul zonei de ancorare; Instalarea este rapida si usoara; Se testeaza capacitatea de utilizare a ancorajului inainte de punerea in lucru; Costul redus la instalare aduce economie de timp si bani; Capacitate de ancorare marita; Nu este nevoie de materiale de adaos (beton, ciment, balast, etc.) pentru ancorare; Eliminarea completa a factorului de risc la instalare; Cea mai prietenoasa solutie cu mediul. [1]

  Tipul pământului

Valoarea rezistentei

la penetrare cu con

MR-4 MR-3 MR-2 MR-1 MR-SR MK-B SR-1 SR-2 SR-3

  FORȚA MAXIMĂ DE ANCORAREKN KN KN KN KN KN KN KN KN

71 89 178 178 178 178 445 445 445

1Nisip fin cimentat, nisip brut(necernut), pietriș,

bolovăniș22.5-38+

50-71 80-89 110-178 178 N/A N/A 290-396 396-445 445

(2,3,4) (2,3,4) (2,4) (1,2,3) (5) (5) (1,3) (1,3) (1,3,5)

2Nisip fin foarte compactat,

nămol sau argilă foarte tare16.9-22.5

40-71 76-89 93-125 160-178 N/A N/A 258-290 352-396 445

(2,3,4) (2,3,4) (2,4) (1,2,3) (5) (5) (2,4) (2,4) (2,3)

3Argilă, nisip sau pietriș dens;

nămol sau argilă tare13.1-18.8

27-40 53-80 67-98 107-160 142-178 N/A 174-258 276-352 378-445

(4) (4) (2,4) (2,4) (2,3,4) (5) (4) (2,4) (2,3,4)

4Pietriș nisipos semi afânat,

nămol sau argilă de la foarte tare (vârtos) la tare

9.0-15.020-25 40-62 53-80 80-89 107-151 N/A 129-183 205-294 280-401

(4) (4) (4) (4) (2,4) (5) (4) (4) (4)

5Nisip semi afânat sau pietriș nisipos; nămol sau argilă de la foarte tare (vartos) la tare.

5.3-9.416-20 31-40 40-53 67-89 80-107 N/A 107-143 138-214 191-280

(4) (4) (4) (4) (4) (5) (4) (4) (4)

6

Nisip (de la afânat la semi afânat - de la fin la granulație mare); nămol sau argilă (tare

- semi tare)

2.7-5.311-18 22-36 31-44 44-67 62-80 89-107 71-107 120-160 165-191

(4) (4) (4) (4) (4) (4) (4) (4) (4)

7

Nisip fin afânat; aluviuni; argilă moale; argile

neomogene; pământ de umplutură; nisip fin saturat

cu mâl

1.5-3.0

7-11 13-22 22-36 36-53 40-62 58-89 68-85 85-125 107-165

(4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (4)

8 Turbă, mâl, aluviuni 0-1.50-7 0-13 0-22 0-53 0-62 0-89 N/A N/A 50-100

(4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (4,6) (5) (5) (4,6)

 SARCINA DE PROBĂ Sarcina maximă

necesară (2-1 factorul de siguranță) in funcție de tipul de tirant.

17.8kN - tirant

ϕ16mm

35.6kN - tirant

ϕ16mm

71.2kN - tirant

ϕ25mm; 53kN tirant

ϕ20mm

71.2kN - tirant

ϕ25mm; 53kN tirant

ϕ20mm

71.2kN - tirant

ϕ25mm; 53kN tirant

ϕ20mm

71.2kN - tirant

ϕ25mm; 53kN tirant

ϕ20mm

140kN - tirant

ϕ32mm

140kN - tirant

ϕ32mm

140kN - tirant

ϕ32mm

Valorile maxime de incarcare pentru ancoraje Manta Ray si Sting Ray

Bibliografie:

[1] http://www.ancoraje.ro[2] http://www.spectrum-construct.ro[3] Stefan Ardelean, Teza de Doctorat - “Sisteme de ancoraje in teren pentru cladiri inalte in zone seismice”[4] Ministerul Transporturilor, Constructiilor si Turismului – Ordinul Nr.363/2005 pentru aprobarea reglementarii tehnice “Normativ pentru proiectarea si executia ancorajelor”, indicativ NP 114-04[5] Keller Geotehnica S.R.L. – www.kellergeotehnica.ro