Structuri de sprijin in ingineria geotehnicaProf.dr.ing. Popa Augustin

TEHNOLOGII DE EXECUIE A EXCAVAIILOR ADNCIGENERALITI

Conform NP120-2014 Normativ privind cerinele de proiectare i execuie a excavaiilor adnci n zone urbane, o exacavaie adnc, este o excavaie cu adncime mai mare de 3m msurat de la suprafaa terenului situat n localiti urbane. De asemenea sunt considerate incinte adnci i excavaiile care au numai parial excavai mai mari de 3m.Excavaiile pot fi realizate n incinte conturate pe toate laturile sau numai pe unele dintre acestea, Fig.2.1.

TEHNOLOGII DE EXECUIE A EXCAVAIILOR ADNCIGENERALITI

Fig. 2.1. Tipuri de excavaiia excavaii n incint delimitat pe tot conturul (1-linia terenului natural, 2-peretele incintei, 3-excavaie pe tot conturul); b-Excavaie n pant; c-Excavaie adiacent cu adncimi diferite; d-Excavaie nclinat lng o excavaie sprijinit; e-Fundul spturii nclinat i sprijinit;

SURSE DE RISCSurse de risc generate de poziia amplasamentului excavaiei adnci n planul de urbanismAmplasamentele pentru construcii pot fi situate n zone construite sau n zone libere de construcii. Cele situate n zone construite se disting prin cel puin una din urmtoarele particulariti:Prezena n apropiere a unor construcii, monumente istorice, clasate i avnd atribuite Coduri LMI-2004 inclusiv a celor avariae, cu grad de asigurare la aciuni seismice, care nu corespund Normativului P100, Fig.2.2.

Fig. 2.2. Prezena n apropierea excavaiei a unor construcii

SURSE DE RISCExistena pe amplasament sau n imediata vecintate a unor reele subterane (ap, canal, gaze, termoficare, electricitate etc.), Fig. 2.3.

Fig. 2.3 Prezena n apropierea excavaiei a unor reele subterane

SURSE DE RISCProximitatea cilor si mijloacelor de transport urban, Fig. 2.4.

Fig. 2.4 Prezena n apropierea excavaiei a unor reele de transport

SURSE DE RISCPrezena n vecintate a unor suprancrcri, Fig. 2.5.

Fig. 2.5 Prezena n apropierea excavaiei a unor suprasarcini

Forma parcelei, care este impus de spaiul disponibil, Fig.2.6

Fig. 2.6 Forma excavaiei impus de spaiul disponibil

SURSE DE RISCSurse de risc generate pe terenul de fundare de pe amplasamentul excavaiei adnci

Se pot distinge n acest caz surse de risc generate de unele particulariti geotehnice sau hidrogeologice ale amplsamentului, ca de exemplu: prezena unei stratificaii eterogene, ncurciate, cu straturi avnd proprieti mecanice defavorbaile; prezena unei pnze freatice deasupra cotei finale de excavare; prezena unui strat de ap subteran sub presiune, sub cota final de excavare, care poate antrena terenul de fundare; absena unui strat impermeabil n care s se poat ncastra un eventual perete etan de susinere a excavaiei, etc

SURSE DE RISC

Fig. 2.7. Efectul apei subterane asupra excavaiei a) apa subteran sub nivelul final al excavaiei; b) infiltrarea apei subterane pe la baza peretelui; c) mpiedicarea infiltrrii apei;

SURSE DE RISCO a doua grup de surse de risc generat de terenul de fundare rezult din nsui faptul c cercetarea terenului de fundare se bazeaz pe un numr limitat de foraje, sondaje deschise i/sau probe de penetrare precum i pe ncercarea n laborator a unui numr relativ redus de probe. Exist riscul de a nu fi puse n eviden particulariti ale stratificaiei cu mare relevan pentru proiectarea i execuia excavaiei, sau de a nu se obine parametrii geotehnici reprezentativi a diferitelor straturi. De aceea , tema studiului geotehnic i hidrogeologic trebuie ntocmit innd seama de caracteristicile incintei i a scopului final.Cercetarea terenului trebuie fcut n funcie de ncadrarea geotehnic a structurii de sprijin a excavaiei din care aceasta face parte. Spre exemplu: pereii ngropai fac parte din aceast categorie geotehnic 2, fapt ce presupune studii de arhiv i realizare de investigaii geotehnice specifice (NP074-2014). Cercetarea terenului va consta n:Recunoaterea amplasamentului cu indicarea poziiei construciilor i reelelor nvecinate;Recunoaterea topografiei i geomorfologiei amplasamentului;Cercetarea hrilor i memoriilor geologice aferente zonei;Consultarea investigaiilor geotehnice anterioare legate de amplasament i a datelor privind experiena de construire, pe amplasament sau n zon;Stabilirea condiiilor hidrologice i hidrogeologice pe amplasament;Definirea gradului seismic al amplasamentului.

ZONELE DE INFLUEN A EXCAVAIILOR ADNCI

Fig. 16 Zona de influen a unei excavaii adnci

ZONELE DE INFLUEN A EXCAVAIILOR ADNCIZona de influen a unei construcii este definit n Normativul privind principiile, exigenele i metodele cercetrii geeotehncie a terenului de fundare(NP074/2014), drept volumul din teren n care se resimte influena construciei respective sau n care pot avea loc fenomene care s influeneze acea construcie.Proiectantul excavaiei adnci va stabili zona de influen a excavaiei, innd seama de soluia aleas n toate etapele de execuie ale lucrrii i va preciza msurile care trebuiesc luate pentru sigurana construciilor aflate n zona de influen, a cror stabilitate i deformaii nu trebuie s fie afectat.Din punct de vedere practic, trebuie utilizat noiunea de influen semnificativ a unei construcii asupra celor nvecinate, dac n aceste structuri pot aprea deformaii i deplasri care s le afecteze n mod clar capacitatea de exploatare, rezistiv i stabilitate.

ZONELE DE INFLUEN A EXCAVAIILOR ADNCIFactorii de influenExecuia excavaiei i a lucrrilor de sprijinire la noua incint;ncrcarea transmis terenului de fundare de noua construcie;Variaii importante ale nivelului apei subterane;Valorile acceptabile ale tasrii totale sunt pn la 50 mm (SREN 1997/1)Valoarea maxim a rotirilor relative =1/500 (2,0 )

Dac aceast condiie nu este ndeplinit se impune consolidarea cldirilor nvecinate.Soluii CLDIRI ISTORICE CONSOLIDARE STRUCTURALCLDIRI NORMALE SUBZIDIRE+TORCRET ARMAT+GRINZI METALICE(U)

1.4. Urmrirea n timp a cldirii n perioada construciei i n cea de exploatarea)Principiile generale ale urmririi comportrii construciei sunt formulate cu normativul P130/1999 (urmrire curent/special)-Urmrirea se execut n perioada de execuie; i exploatare;-ncadrarea n categoria de urmrire se va face de proiectant;-Urmrirea i desfurarea pe baza unui program unic cadru de urmrire;-Organziarea urmriri n timp cade n sarcina beneficiarului;

1.5.Monitorizarea deplasrilor peretelui ngropata)Montarea coloane nclinometrice care vor ajunge pn la baza peretelui (Garaj subteran Str. Constana) ; poziionarea nclinometrelor este dat n planele din proiect;b)Monitorizarea tasrilor construciei -Umrirea prin metode topografice(NP004/2014)-Marcarea fisurilor de pe cldirile vecine (releveu)-Se vor monta martori cu ipsos i sticl i evoluia deschiderii fisurilor va fi tinut sub observaie;-Se va ntocmi un program pentru urmrirea comportrii n timp a construciei

1.6.Etapele de realizare a excavaiilor adncin continuare se vor prezenta etapele de realizare a excavaiilor adnci dupa cum urmeaz:a.Investigarea terenului de fundare:Este foarte important a se da o atenie deosebit n ceea ce privete investigarea terenului de fundare, n vederea obinerii datelor geotehnice, a elementelor geologice, hidrogeologice, seismice i cele cu referire la posibilele experiene anterioare ale amplasamentului, (POPA,2009)-Msurtori n piezometre ale presiunii apei din porii pmntului.

b.Date meteo climatice ale zonei

n ceea ce privete datele climatice ale zonei este necesar culegerea de informaii cu privire la precipitaiile zonei n care se va efectua viitoarea excavaie, structur subteran, att pe perioada n care se execut ct i pe perioada n care excavaia rmne deschis

c.Amplasamentul i vecintaileChestiunile referitoare la amplasamentul i vecintile unde se va efectua excavaia trebuie sa conin date referitoare la:-Utilizri anterioare ale amplasamentului, dac este cazul;-Posibile exploatri anterioare ale amplasamentului, pentru zcmintele subterane dac a fost cazul;-Amplasamentul face parte sau este n apropierea unei zone protejate care s fac parte din ansambluri sau situri arheologice;-Vrsta cldirilor i posibilele probleme care au aprut n timpul execuiei acestora sau n timpul exploatrii;-Cldirile din punct de vedere structural n care se discut capacitatea structurii de a prelua tasri difereniale;

Reelele de utiliti

-Unul din aspectele cele mai importante n acest caz este identificarea reelelor de utiliti care exist n acea zon (canalizare, ap, energie electric, gaze, telecomunicaii);- Pentru reelele electrice este necesar s se identifice traseul curenilor vaganbonzi acolo unde este cazul;

e. Alegerea dimensiunii n plan a excavaiei

-Forma i dimensiunile n plan ale excavaiei sunt dictate n general de forma parcelei, limita de proprietate, pn la care beneficiarul dorete s construiasc astfel nct s foloseasc proprietatea intr-un procent ct mai mare posibil , Fig 2.9

Fig 2.9. Subsolul cldiri de birouri Dimensiunile n plan rezult din tem dat de beneficar, urmrindu-se un grad ct mai ridicat de ocupare cu construcia al amplasamentului(Fig 2.10)

Fig 2.10. Forma n plan a unei excavaii pentru o cldire cu 6 niveluri subterane (Dmbovia Center,Bucureti) [D.Marcu, 2007]

Cap. 2 Metode de realizare a excavaiilor adnci

Problemele n cadrul excavaiilor adnci constau n faptul c informaiile legate de astfel de lucrri sunt incerte, vagi i de cele mai multe ori ambigue. n majoritatea situaiilor rezolvarea cu succes a acestor probleme depinde de experiena i pregtirea experilor i proiectanilor.

2.1. Metoda full open-cut

Acest metod se aplic acolo unde amplasamentul are destul spaiu necesar pentru a realiza taluzurile, lucru foarte rar ntlnit n aglomerrile urbane. Acest fapt presupune i asigurarea stabilitii taluzului creat pentru excavare, prin evaluarea rezistenei la forfecare a pmntului i identificarea nivelului apei subterane.

Fig. 2.12 Metod de excavare deschis, cu taluz nclinat

De asemenea este indicat un sistem de drenare a apei subetrane cel puin pe ntreaga perioad a construciei, Fig. 2.12.Un dezavantaj al acestei metode este n cazul n care adncimea de excavare este mai mare i panta taluzului este una mai lin, atunci cantitatea de material de excavare este foarte mare. Dupa terminarea structurii ,de asemenea, este nevoie de o cantitate mare de umplutur, acest lucru ducnd la costuri suplimentare.

Pentru reducerea volumelor excavate se impune adoptarea unor pante ale taluzului mai apropiate de vertical, care se pot obine prin ranforsarea pmntului.Taluzul n pmnt ranforsat este un taluz n care, pe msura excavrii, se introduc n pmnt elemente de ramforsare.Elementele de ranforsare trebuie sa fie capabile s preia solicitri de traciune. Ele se introduc cu o uoar nclinare n jos n raport cu orizontala i sunt realizate din bare metalice cu diametre de 20..40mm(inte) introduse n pmnt prin batere sau n guri forate i apoi fixate prin injectare.Un taluz din pmnt ranforsat se realizeaz de sus n jos, pe msura excavrii, n trepte de 1...1,5m. Dupa introducerea elementelor de ranforsare, faa taluzului este protejat cu un strat de beton torcretat sau alte solui care s asigure fixare captului intelor.Aceast soluie se poate alege n situaia n care faa expus a spturii este stabil n intervalul de timp cuprins ntre excavaie i protecie.

2.2 Metode de realizare a pereilor de impermeabilizare2.2.1 Domeniiperete impermeabilizarencapsularea lacurilor de depozitare sau n subsolul terenurilor contaminate care trebuie puse n siguran

2.2 Metode de realizare a pereilor de impermeabilizare2.2.1 DomeniiDiguri i baraje

2.2.2 TehnologiiPerei etani din polplane metalici

b. Perei nguti (argil modificat -97,5% argil)

c) Umflarea fundului spturiiUmflarea fundului spturii ntr-o excavaie realizat n terenuri moi, nomal consolidate are n primul rnd ca i cauz umflarea elastic a fundului excavaiei datorit cmpului tensiunilor verticale n timpul proceselor de excavare; deformarea tlpii peretelui care mpinge terenul spre interior i deformaia plastic a terenului de sub nivelul de excavare datorit schimbtii tensiunilor principale.

Fig. 3.16 Mecansimul de umflare a fundului spturii: a) datorit descrcrii elastice;b) datorit deplasrii laterale a peretelui; c) datorit umflrii plastice a fundului excavaiei;

n cazul plasrii de popi metalici pentru a susine sistemul de sprijinire, acesta sufer deformaii, datorit ridicrii fundului spturii, acest lucru duce la deplasri foarte mari

Fig.3.17 Influena ridicrii popului central asupra sistemului de praurire

O serie de factori cauzeaz umflarea fundului excavaiei, cum ar fi:

Adncimea excavaiei;Rigiditatea terenului;Adncimea la care este situat stratul incompresabil sub nivelul fin al excavaiei;n general, cedarea prin subpresiune este data de inegalitatea:Gdst.d+Qdst.dGstb.d+Rd(3.4)

Unde:Gdst.d valorile de calcul ale aciunilor permanente destabilizatoare;Qdst.d valorile de calcul ale aciunilor variabile verticale;Gstd.d valorile de calcul ale aciunilor permanente stabilizatoare;Rd rezistenele produse de subpresiune;

Din primul termen al inegalitii fac parte presiunea apei cu componenta permanent i variabil la care se adaug orice alt for care acioneaz de jos n sus; al doilea termen al inegalitii cuprinde valorile de calcul ale aciunilor permanente stabilizatoare la care se adaug orice rezisten produs de subpresiune ( rezistena piloilor, ancorajelor sau forelor de frecare ce acioneaz pe partea unei structuri ngropate).

Relaia 3.4 se aplic la verificarea mpotriva cedrii prin subpresiune, cnd se verific stabilitatea structurilor subterane realizate sub nivelul apei subterane i stabilitatea mpotriva cedrii prin subpresiune a unor strate de pmnt impermeabile ale excavaiei.

Fig 3.18

Cedarea hidraulic apare cnd forele date de infiltrarea apei ce acioneaz n partea de sus asupra greutii peretelui, devin aa de puternice nct eforturile verticale efective se anuleaz. Stabilitatea terenului mpotriva umflrii hidraulice se verific fiecare coloan de pmnt prin calculul n condiiile presiunii apei din pori, (relaia 3.5), sau prin caculul n condiiile forelor dezvoltate de presiunea apei din pori i greutatea structurii submersate, (relaia 3.6):ud.dst d.stb(3.5)Unde: ud.st - valoare de calcul a presiunii totale a apei din pori destabilizatoare;d.stb valoarea de calcul a efortului vertical total stabilizator;Sdst.d Gstb.d(3.6)Unde: Sdst.d valoarea de calcul a forei dat de infiltraii, destabilizatoare;Gstb.d valoarea de calcul a efortului a greutii imersate stabilizatoare a coloanei de pmnt.

Pentru situaia de umflare hidraulic, (Fig. 3.18), valoarea de calcul a forei desabilizatoare de infiltrare a apei este dat de Relaia 3.7:Sdst.d=G,dstwid(3.7)Unde: i este gradientul hidraulic.Considernd ca i=h/d, realaia 3.7 devine:Sdst.d=G,dstw(3.8)Astfel pentru Gstb.d=G.stbd, rezult c Relaia 3.5 va avea urmtoarea form:G,dstw G.stbd(3.9)

Fig. 3.20 Umflarea hidraulic pentru condiii hidrodinamice

Conform figuri de mai sus, pentru condiiile din partea stng, valoarea caracteristic a presiunii apei din pori, destabilizatoare (relaia 3.5), la talpa peretelui va fi, Relaia 3.10Conform figurii de mai sus, pentru condiiile din partea stng, valoarea caracteristic a presiunii apei din pori, destabilizatoare ( relaia 3.5), la talpa peretelui va fi, Relaia 3.10uk.dst= w(d+dw+h) (3.10)Valoarea caracteristic a efortului total stabilizator, (Relaia 3.5) este dat de Relaia 3.8:k.stb=(+w)d+wdw(3.11)Pentru a obine valorile de calcul se aplic coeficienii pariali de siguran afereni eforturilor destabilizatoare i stabilizatoare permanente, Relaia 3.9:G.dstuk.dstG.stbk.stb(3.12)