gp 125-2014 ghid de proiectare privind lucrarile subterane cu aplicatii in hidrotehnica si...

MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.20142

ACTE ALE ORGANELOR DE SPECIALITATE

ALE ADMINISTRAIEI PUBLICE CENTRALE

MINISTERUL DEZVOLTRII REGIONALE I ADMINISTRAIEI PUBLICE

O R D I N

pentru aprobarea reglementrii tehnice Ghid de proiectare

privind lucrrile subterane cu aplicaii n hidrotehnic

i transporturi. Alctuire constructiv, calculul sprijinirii

i cmuielii. Indicativ GP 1252014*)

n conformitate cu prevederile art. 10 i art. 38 alin. 2 din Legea nr. 10/1995

privind calitatea n construcii, cu modificrile ulterioare, ale art. 2 alin. (3) i (4)

din Regulamentul privind tipurile de reglementri tehnice i de cheltuieli aferente

activitii de reglementare n construcii, urbanism, amenajarea teritoriului i

habitat, aprobat prin Hotrrea Guvernului nr. 203/2003, cu modificrile i

completrile ulterioare,

avnd n vedere Procesul-verbal de avizare nr. 2/2014 al Comitetului tehnic

de specialitate nr. 7 Construcii hidrotehnice i hidroedilitare i Procesul-verbal

de avizare nr. 1/2014 al Comitetului tehnic de coordonare general,

n temeiul art. 4 pct. II lit. e) i al art. 12 alin. (7) din Hotrrea Guvernului

nr. 1/2013 privind organizarea i funcionarea Ministerului Dezvoltrii Regionale i

Administraiei Publice, cu modificrile ulterioare,

viceprim-ministrul, ministrul dezvoltrii regionale i administraiei

publice, emite prezentul ordin.

Art. 1. Se aprob reglementarea tehnic Ghid de proiectare privind

lucrrile subterane cu aplicaii n hidrotehnic i transporturi. Alctuire constructiv,

calculul sprijinirii i cmuielii. Indicativ GP 1252014, prevzut n anexa care

face parte integrant din prezentul ordin.

Art. 2. Prezentul ordin se public n Monitorul Oficial al Romniei, Partea I,

i intr n vigoare la 30 de zile de la data publicrii.

p. Viceprim-ministru, ministrul dezvoltrii regionale i administraiei publice,

Shhaideh Sevil,

secretar de stat

Bucureti, 21 iulie 2014.

Nr. 1.340.

*) Ordinul nr. 1.340/2014 a fost publicat n Monitorul Oficial al Romniei, Partea I, nr. 788 din

29 octombrie 2014 i este reprodus i n acest numr bis.

Anex

Ghid de proiectare privind lucrrile subterane cu aplicaii n hidrotehnic i transporturi.

Alctuire constructiv, calculul sprijinirii i cmuielii. Indicativ GP 125-2014

CUPRINS

1. Obiectul ghidului. 2. Domeniul de aplicare. 3. Definiii i terminologie. 4. Clasificarea masivelor de roc.

4.1. Sistemul RQD. 4.2. Sistemul RMR. 4.3. Sistemul Q.

5. Stabilizarea excavaiilor subterane. 5.1. Mecanisme de instabilitate. 5.2. Diagrama convergen fretare.

6. Sisteme de sprijinire - clasificare i alctuire. 6.1. Clasificare. 6.2. Alegerea sistemului de sprijinire. 6.3 Adaptarea n execuie a sprijinirilor la situaiile din teren.

7. Calculul sprijinirilor. 7.1. Calculul sprijinirilor elastice prin metoda convergen fretare. 7.2. Calculul sprijinirilor prin metoda bolii de surpare

8. Elemente specifice cavernelor subterane. 9. Elemente specifice galeriilor hidrotehnice sub presiune.

Anexa nr.1: Referine tehnice. Anexa nr.2: Exemplu de calcul a unei sprijiniri elastice-anex informativ.

MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014 3

Lista figurilor

Nr. crt. Denumire Figura nr.1 Diagrama convergen fretare. Figura nr.2 Clasificarea sprijinirilor n funcie de diagrama convergen-fretare. Figura nr.3 Sisteme de sprijinire: (A) cu ancore i pri-beton; (B) cu cintre metalice. Figura nr.4 Grafic de alegere a sistemului de sprijinire n funcie de indicele Q. Figura nr.5 Urmrirea stabilizrii excavaiei prin msurtori: a echiparea seciuni de

msur; b reprezentarea deplasrilor msurate n funcie de timp. Figura nr.6 Caracteristica rocii n cazul comportrii elastice. Figura nr.7 Caracteristica rocii n cazul comportrii neliniare a rocii. Figura nr.8 Formarea bolii de surpare. Figura nr.9 Caracteristica sprijinirii. Figura nr.10 Sprijinirea cu ancore: a - schema sprijinirii; b rezultatele ncercrii de

smulgere a unei ancore. Figura nr.11 Trasarea caracteristicii sprijinirilor combinate. Figura nr.12 Notaii pentru relaiile de calc. Figura nr.13 Faze de execuie la excavarea i sprijinirea bolii:

a cu galerie direcional central; b cu galerii direcionale la cuzinei. Figura nr.14 Necesarul de ancorare, exprimat prin raportul ancp / r , n funcie de

unghiul de frecare intern pe discontinuiti. Figura nr.15 Recomandri privind lungimea ancorelor din zona bolii. Figura nr.16 Prevenirea alunecrilor progresive interstrat:

a mecanismul de instabilitate; b notaii Figura nr.17 Definirea reaciunii elastice a rocii. Figura nr. A1 Diagrama de convergen-fretare pentru analiza stabilitii galeriei din

exemplul numeric.

Lista tabelelor

Nr. crt. Denumire Tabelul nr.1 Calitatea masivului n funcie de RQD. Tabelul nr.2 Indici corespunztori parametrilor caracteristici. Tabelul nr.3 Clase de roc departajate prin RMR. Tabelul nr.4 Caracterizarea orientrii tunelului n raport cu discontinuitile. Tabelul nr.5 Coreciile indicelui RMR. Tabelul nr.6 Factorul de reducere al eforturilor pentru roci masive. Tabelul nr.7 Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie de RQD. Tabelul nr.8 Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie de RMR. Tabelul nr.9 Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie de indicele Q. Tabelul nr.CF1 Calculul coordonatelor caracteristici rocii.

4 MONITORUL OFICIAL AL ROMNIEI, PARTEA I, Nr. 788 bis/29.X.2014

1. Obiectul ghidului

(1) Ghidul de proiectare al lucrrilor subterane cu aplicaii n hidrotehnic i transporturi se refer la tunele, galerii i caverne subterane realizate n roc. Ghidul trateaz alctuirea constructiv i calculul sprijinirilor excavaiilor subterane. Capitole speciale se refer la specificul cavernelor subterane i la specificul galeriilor de aduciune a apei sub presiune. (2) n cadrul ghidului:

a) se prezint clasificarea masivelor de roc cu aplicabilitate n proiectarea lucrrilor subterane. b) se stabilesc metodele de stabilizare a conturului excavat. c) se definesc sistemele de sprijinire a excavaiilor n roc i modul de alegere a acestora. d) se detaliaz modul de calcul al sprijinirilor pentru galerii i tunele. e) se prezint elementele specifice care caracterizeaz cavernele subterane n roc i

galeriile hidrotehnice sub presiune. (3) Ghidul servete la asigurarea unei abordri (principii, metode i modele) unice a problemelor de siguran a digurilor.

2. Domeniul de aplicare

(1) Ghidul se aplic la alegerea i verificarea prin calcul a sprijinirilor excavaiilor pentru tunele i galerii realizate n roc. (2) Ghidul se adreseaz proceselor de decizie inginereasc n domeniul sprijinirilor excavaiilor subterane prin furnizarea unei corelri directe ntre caracteristicile masivului de roc i tipul de sprijinire adecvat. (3) Ghidul servete unei abordri unitare a conceptelor privind stabilitatea lucrrilor subterane ca fenomen de interaciune ntre masa de roc i structurile de sprijinire. (4) Ghidul se aplica i pentru proiectarea i calculul cmuielilor galeriilor sub presiune. (5) Prezentul ghid se adreseaz tuturor factorilor implicai n procesul investiional: proiectani, verificatori de proiecte, experi tehnici atestai, executani, responsabili tehnici cu execuia, investitori, proprietari, administratori i utilizatori, personalul responsabil cu exploatarea obiectivelor, operatori/ageni economici, precum i autoritilor administraiei publice i organismelor de verificare i control (verificarea i/sau expertizarea proiectelor, verificarea, controlul i/sau expertizarea lucrrilor), din domeniul construciilor hidrotehnice i domeniul apelor.


3. Definiii i terminologie

Masivul de roc eterogen i discontinuu este mediu de construcie i parte integrant a lucrrii subterane. Clasificarea masivelor de roc reprezint departajarea acestora n funcie de gradul de fragmentare i de anumii parametri caracteristici. Sistemele de clasificare caracterizeaz comportamentul la excavare al masivului de roc i au ca principal element prezena i caracterul discontinuitilor. Lucrrile de sprijinire, denumite n continuare sprijiniri, sunt lucrrile care intervin n procesul de reechilibrare a rocii, prevenind surprile i asigurnd securitatea lucrrii, att n faza de execuie, ct i n perioada de exploatare. Stabilizarea excavaiei subterane este rezultatul unui proces de interaciune ntre masa de roc i structurile de sprijinire. Mecanismul de cedare a conturului excavat este modalitatea prezumat prin care fragmentele de roc din conturul excavat devin instabile sub greutatea proprie, iniiind surparea. Structura lucrrii subterane cuprinde golul excavat, lucrrile de sprijinire/cmuire care asigur stabilitatea excavaiei i masa de roc nconjurtoare. Deplasare de convergen sau prescurtat convergen este deplasarea conturului excavat ctre gol n procesul excavrii. Fretarea este mpiedicarea deplasrilor de convergen dat, dup caz, de prezena frontului sau de sprijinire. Diagrama convergen-fretare este redarea grafic a efectul tridimensional creat de front i mpiedicarea parial a deplasrilor de convergen. Caracteristica rocii reprezint relaia dintre deplasarea de convergen produs i efortul normal pe contur. Caracteristica sprijinirii reprezint relaia dintre deplasarea radial impus sprijinirii de deplasarea de convergen a rocii i presiunea normal exercitat de sprijinire pe contur. Sistemul de sprijinire este ansamblul lucrrilor inginereti care asigur stabilizarea conturului excavat. Sprijinirea de tip elastic, denumit i sprijinirea cu ancore, cu pri-beton sau cu ancore i pri-beton, este sprijinirea care devine activ din momentul instalrii, se deformeaz odat cu roca i contribuie la reechilibrarea masivului de roc.


Sprijinirea rigid, denumit i sprijinirea cu cintre metalice, este sprijinirea care devine activ numai dup surparea conturului excavat, cnd roca ncepe s exercite presiuni asupra extradosului cintrelor. Bolta de surpare este extinderea spre cheie a conturului excavaiei prin prbuirea ctre gol, datorit forelor gravitaionale, a fragmentelor de roc ce se desprind ca urmare a ruperilor locale n masa de roc. Politica sprijinirilor este procesul de predimensionare, adaptare i corectare a sistemelor de sprijinire pe baza msurrii efectelor create de sprijinirile propuse. Caverna subteran este o excavaie ale crei dimensiuni sunt cu mult mai mari dect cele ale tunelelor sau galeriilor. Galeria direcional este o galerie realizat n avans n zona bolii cavernei; galeria direcional poate fi central, de la care excavaia se lrgete spre cuzinei, concomitent cu ancorarea, fie lateral, poziionat n zona cuzineilor, de la care excavaia bolii se face ctre zona central. Cmuiala definitiv pentru tunele sau caverne subterane este structura de rezisten final, care asigur stabilitatea pe termen lung a excavaiei subterane i, n acelai timp, funcionalitatea lucrrii. Interaciunea cmuial - masiv de roc este procesul prin care roca exercit presiuni pe extradosul cmuielii, datorate formrii bolii de surpare sau, n cazuri speciale, umflrii sau curgerii lente a rocii, iar roca exercit la extrados reaciuni proporionale cu deplasrile ctre masiv ale cmuielii. Cmuiala galeriilor sub presiune este ansamblul structural compus din inelul de beton armat i din coroana de roc injectat din vecintatea acestuia. Reaciunea elastic este presiunea exercitat de masivul de roc pe extradosul cmuelii galeriilor sub presiune, fiind mobilizat de deformarea ctre masivul de roc a cmuielii supuse presiunii interioare a apei.

4. Clasificarea masivelor de roc (1) Comportarea masivelor de roc ca medii de construcie a lucrrilor inginereti, depinde esenial de gradul de fragmentare a rocii de ctre discontinuiti i de gradul de alterare a rocii n zona acestora. Sistemele de clasificare a masivelor de roc au, deci, ca principal element discontinuitile, crora, dup caz, li se asociaz i anumii parametri caracteristici. (2) Dat fiind faptul c determinarea parametrilor caracteristici i prezentarea acestora se face prin procedee standardizate, clasificrile masivelor de roc prezint avantajul c pot conduce la decizii inginereti bazate pe experiena lucrrilor de acelai tip realizate n roci similare.


Detalii privind procedeele standardizate prin care se determin parametrii caracteristici precum i indicii de casificare sunt prezentai n standardul SR EN ISO 14689-1:2004: Cercetri i ncercri geotehnice. Denumire i clasificarea rocilor. Partea 1: Denumire i descriere. Referiri sunt i n SR EN 1997-2:2007-Eurocod 7: Proiectarea geotehnic. Partea 2: Investigarea i ncercarea terenului.

4.1. Sistemul RQD

a) Indicele RQD (Rock Quality Designation) se bazeaz pe analiza carotelor recuperate din foraje de studii. b) Indicele RQD se definete ca fiind expresia procentual a raportului dintre suma lungimilor fragmentelor de carot care au lungimea mai mare sau egal cu 10 cm i lungimea forajului din care s-a extras carota :

RQD = %100cm10

carotatalungimearecuperatefragmente

. (1)

c) Clasificarea rocilor n funcie de indicele RQD este prezentat n tabelul nr.1.

Tabelul nr.1. Calitatea masivului n funcie de RQD RQD (%) 0 25 25 50 50 75 75

90 >90

Calitatea masivului de roc

Foarte slab

Slab Acceptabil Bun Foarte bun

d) Procedura de determinare a indicelui RQD este foarte sensibil la calitatea echipamentului i la gradul de calificare a personalului. Se va avea n vedere ca la extragere sau manipulare s nu se rup carota, modificnd lungimea fragmentelor.

4.2. Sistemul RMR

a) Clasificarea RMR (Rock Mass Rating) ine cont de cinci parametri caracteristici : rezistena la compresiune uniaxial a rocii intacte ; indicele RQD ; interspaiul dintre rosturi (discontinuiti) ; caracteristicile rosturilor (rugozitate, alterarea feelor, deschidere, material de umplutur) ; prezena apei subterane.

b) Fiecruia dintre parametri caracteristici i se ataeaz un indice numeric parial. Valorile indicilor pariali sunt determinate conform tabelului nr.2.


Tabelul nr.2. Indici corespunztori parametrilor caracteristici Parametri Descriere i valori numerice Rezistena punctual / Rezistena uniaxial

MPa250MPa10

250MPa10010MPa4

100MPa504MPa2

50MPa252MPa1

MPa251

5-25 1-5 2 m 0,6 2 m 20 60 cm 6 20 cm < 6

Indice 3n 20 15 10 8 5

Caracteristica rosturilor

Rosturi discontinue fr

separaie

Perei uor ru goi deschidere

5mm

Indice 4n 30 25 20 10 0 Apa subteran (l/min,10m) Raport /u

Aspect

0 0

uscat

< 10 < 0,1

umezit

10-25

0,1-0,2 umed

25-125 0,2-0,5 picurri

>125 >0,5

debiteaz Indice 5n 15 10 7 4 0

c) Indicele RMR se evalueaz prin sumarea indicilor numerici pariali. d) Pe baza valorii indicelui RMR rocile se clasific n 5 clase, dup domeniile indicate n tabelul nr.3.

Tabelul nr.3. Clase de roc departajate prin RMR

RMR = ni1

5

0.25

25 40

40 - 60

60 80

80 - 100

Clasa V IV III II I

Caracterizare Foarte slab Slab Medie Bun Foarte bun

Coeziune c (Mpa) < 0,1 0,1-0,12 0,12-0,3 0,3 -0,4 > 0,4

Unghi de frecare

interioar < 15 15 -25 25 -35 35 45 > 45


e) Pentru fiecare clas din tabelul nr.3 se atribuie i estimri globale ale coeziunii i unghiului de frecare interioar pentru masivul de roc. f) Indicele global RMR poate fi corectat n funcie de orientarea stratificaiei i cderea discontinuitilor n raport cu direcia de avans a tunelului sau galeriei. g) Caractrizarea situaiei lucrrii n funcie de direcia i orientarea discontinuitilor rezult din tabelul nr.4.

Tabelul nr.4. Caracterizarea orientrii tunelului n raport cu discontinuitile Direcia stratificaiei Cderea discontinuitilor

fa de sensul excavrii Caracterizarea

Perpendicular pe axa galeriei

Cderea 450 ... 900 n sensul excavrii

foarte favorabil

Cderea 200 ... 450 n sensul excavrii

favorabil

Cderea 450 ... 900 invers fa de sensul excavrii

acceptabil

Cderea 200 ... 450 invers fa de sensul excavrii

defavorabil

Paralel cu axa galeriei Cderea 500 ... 900 foarte defavorabil Cderea 200 ... 450 acceptabil

Oricare Cderea 00 ... 200 defavorabil

g) Coreciile indicelui global RMR n funcie de orientarea stratificaiei i cderea discontinuitilor sunt cele din tabelul nr.5.

Tabelul nr.5. Coreciile indicelui RMR Orientarea i cderea Tipul lucrrii

Foarte favorabil

Favorabil

Acceptabil

Defavorabil

Foarte defavorabil

Excavaii subterane

0 -2 -5 -10 -12

4.3. Sistemul Q

a) Clasificarea Q ine cont de ase parametri caracteristici :

indicele RQD ; numrul de familii de rosturi (Jn) ; rugozitatea pereilor discontinuitilor cu efect direct asupra stabilitii (Jr) ; gradul de alterare a pereilor discontinuitii i eventual prezena umpluturii (Ja) ; prezena apei (Jw) ; factorul de relaxare a eforturilor (SRF).


b) Indicele de calitate Q al masivului de roc se determin din expresia :

Q =

SRFJw

JaJr

JnRQD

.. . (2)

c) Factorii produsului ce definete indicele Q au fiecare o semnificaie fizic distinct. Raportul RQD / Jn caracterizeaz dimensiunile blocurilor, raportul Jr / Ja caracterizeaz rezistena la forfecare interblocuri, iar raportul Jw / SRF caracterizeaz efortul efectiv pe contactul dintre blocuri. d) Fiecruia dintre indici i se atribuie o valoare numeric, pe criterii cantitative sau calitative. e) Pentru RQD valoarea numeric este dat de relaia (1), cu singura corecie c pentru RQD < 10 se atribuie RQD = 10 (%). f) Pentru numrul de familii de rosturi valorile numerice ale indicelui parial Jn se atribuie pe baza inventarului discontinuitilor din amplasament :

Roc cu foarte puine rosturi (N1) Jn = 0,5 1 O familie de rosturi (N2,a) Jn = 2

O familie de rosturi nsoit de rosturi rare pe alte direcii (N2,b)

Jn = 3

Dou familii de rosturi (N3,a) Jn = 4 Dou familii de rosturi nsoite de rosturi rare pe alte

direcii (N3,b) Jn = 6

Trei familii de rosturi (N4) Jn = 9 Patru sau mai multe familii de rosturi nsoite de

rosturi i pe alte direcii care fragmenteaz masivul n blocuri de dimensiuni reduse (N5)

Jn = 15

Roc foarte fracturat Jn = 20 g) Pentru rugozitatea pereilor valorile numerice ale indicelui parial Jr se atribuie n funcie de continuitatea i aspectul feelor rostului :

Rosturi discontinue Jr = 4 Rosturi neregulate, ondulate Jr = 3 Rosturi lise, ondulate Jr = 2 Rosturi splate, ondulate Jr = 1,5 Rosturi plane, neregulate Jr = 1,5 Rosturi plane, lise Jr = 1,0 Rostrui plane, splate Jr = 0,5

n cazul rosturilor cu material de umplutur alctuit din minerale argiloase, n grosime suficient ca s mpiedice contactul dintre fee, se atribuie o valoare Jr = 1. n oricare dintre situaiile anterioare, dac interspaiul mediu dintre rosturi este mai mare de 3 m, Jr se majoreaz cu o unitate.


h) Pentru gradul de alterare valorile indicelui Ja se evalueaz difereniat pentru trei cazuri distincte, definite de contactul dintre feele rosturilor : 1. Feele rostului sunt n contact :

Rosturi cimentate, cu liant cuaritic sau similar Ja = 0,75 Rosturi cu perei nealterai, cu pete numai n suprafa Ja = 1,0 Rosturi cu perei uor alterai, avnd umpluturi cu minerale rigide sau cu particule nisipoase fr argil Ja = 2,0 Rosturi cu fee acoperite de argile prfoase sau nisipoase Ja = 3,0 Rosturi cu fee acoperite de minerale argiloase cu caolinit, talc, mic, gips sau grafit n grosimi de maxim 1 2 mm Ja = 4,0

2. Feele rostului intr n contact la forfecri de maxim 10 cm :

Rosturi cu umplutur din nisip sau roci dezintegrate Ja = 4,0 Rosturi cu material de umplutur din minerale puternic consolidate cu grosime < 5 mm Ja = 6,0 Rosturi cu material de umplutur mediu sau slab consolidat,

din minerale argiloase cu grosime < 5 mm Ja = 8,0 Rosturi cu umpluturi din argile cu proprieti

de umflare, de tip montmorillonit, cu grosime < 5 mm Ja= 8,0..12,0

3. Feele rostului nu sunt n contact : Rosturi cu zone sau benzi de roc dezintegrat Ja = 6,0 Rosturi cu umplutur din fragmente de roc Ja = 6,08,0 Rosturi cu umplutur din materiale argiloase,

n funcie de gradul de consolidare Ja=8,012,0 Rosturi cu umplutur din argile nisipoase sau prfoase, fr nmuiere Ja = 5,0 Rosturi cu umplutur argiloas Ja=13,020,0

g) Pentru influena dat de prezena apei valorile indicelui Jw se determin n funcie de afluxul de ap la deschiderea excavaiei sau/i n funcie de presiunea apei interstiiale. Astfel :

Excavaii uscate sau cu aflux minor de ap, local sub 5 l /min ; presiune interstiial < 0,1 MPa Jw = 1,0

Aflux mediu de ap, cu splri ocazionale ale rostului; presiune interstiial n gama 0,1 0,25 MPa Jw = 0,66

Aflux mare de ap : presiune interstiial mare n gama 0,25-1 MPa Jw = 0,5

Aflux mare de ap, cu splarea materialului din rost ; presiuni interstiiale n gama 0,5 1 MPa Jw = 0,33

Aflux foarte mare de ap la deschiderea excavaiei cu diminuare n timp ; presiune interstiial > 1 MPa Jw= 0,10,2

Aflux foarte mare de ap, constant n timp Jw= 0,05..0,1


h) Pentru factorul de reducere a eforturilor, valorile indicelui parial SRF se determin diferit, n trei situaii posibile.

1. n cazul n care excavaia n roc intersecteaz o zon slab, susceptibil de a produce

surpri :

- Zone slabe extinse, coninnd argile sau roci descompuse SRF = 10,0 Zone cu multiple rupturi prin forfecare SRF = 7,5 - O singur zon slab, cu coninut argilos SRF= 2,55,0 O singur zon de forfecare n roc masiv SRF = 2,5 2. n cazul rocilor masive, n funcie de starea de efort in situ (efort principal 1 ), comparat cu

rezistenele la compresiune ( c ) i la ntindere ( t ), conform tabelului nr.6.

Tabelul nr.6. Factorul de reducere al eforturilor pentru roci masive Caracteristica 1/c 1/t SRF RMR redus > 200 > 13 2,5 Eforturi medii 200 10 13 0,5 1,0 Eforturi mari 10 5 0,5 0,3 0,5 2,0 Roci mediu fracturate 5 2,5

0,3 0,15 5 10

Roci puternic fracturate < 2,5 < 0,15

10 20

3. n cazul rocilor cu dilatan major sau cu potenial de umflare : mpingerea muntelui este moderat SFR = 5 10 mpingerea muntelui este ridicat SFR = 10 20 umflarea rocii este moderat SFR = 5 10 umflarea rocii este semnificativ SFR = 10 15

5. Stabilizarea excavaiilor subterane

(1) n procesul de excavare starea de efort preexistent n masiv este perturbat, iar n zona golului creat apar concentrri de eforturi. Roca din vecintatea conturului excavat poate deveni instabil i pot apare surpri, uneori de mare amploare. Lucrrile de sprijinire sunt cele care trebuie s intervin n procesul de reechilibrare a rocii, prevenind surprile i asigurnd securitatea lucrrii, att n faza de execuie, ct i n perioada de exploatare.

5.1. Mecanisme de instabilitate a) n cazul rocilor omogene i izotrope instabilitatea conturului excavat este generat de concentrrile de efort care apar n zona conturului ca urmare a redistribuirii eforturilor iniiale din masiv.


b) Creterea eforturilor tangeniale n vecintatea conturului excavat poate conduce uneori la expulzarea unor fragmente de roc sau chiar a unor blocuri de roc din contur. Instabilitatea are un caracter fragil, cu cedare instantanee, favorizat de combinaii defavorabile ale discontinuitilor preexistente. c) n cazul rocilor stratificate apar mecanisme de cedare specifice. n cazul rocilor cu stratificaie nclinat, afectat de fisuraia perpendicular pe stratificaie, conturul excavat devine instabil prin desprinderea de blocuri cauzat n principal de cmpul gravitaional. Dac stratificaia este orizontal, atunci la cheie se produce ncovoierea unor lespezi de roc, care se rup succesiv prin ntinderea fibrei inferioare cu propagare spre masiv. Dac stratificaia este vertical cedarea se produce prin flambarea unor coloane verticale la perei urmat de formarea unei boli de surpare, ca urmare a cedrii naterilor. d) n cazul n care masivul de roc este afectat de plane de discontinuitate major, nsoite adesea de fisuraie, n cheie are loc o surpare prin cedarea naterilor i cderea de blocuri de roc sub propria greutate. La cheie, sau n zona pereilor laterali, apar blocuri de roc instabile, care se pot desprinde din conturul excavat.

5.2. Diagrama convergen - fretare (1) Structura unei lucrri subterane cuprinde golul excavat, lucrrile de sprijinire/cmuire care asigur stabilitatea excavaiei i masa de roc nconjurtoare. Excavarea este un proces care se desfoar n spaiu i n timp, iar redistribuirea eforturilor iniiale din masiv i interaciunea dintre masa de roc (care sufer deformaii) i structurile de sprijinire (care tind s limiteze aceste deformaii i se ncarc odat cu propria deformare) sunt, de asemenea, fenomene ce evolueaz pe msura progresului excavrii. a) Deplasarea conturului excavat ctre gol n procesul excavrii poart denumirea de deplasare de convergen sau prescurtat convergen. b) mpiedicarea deplasrilor de convergen se numete fretare. Frontul excavaiei mpiedic parial producerea deplasrilor de convergen prin masa de roc neexcavat i, ca urmare, prezena frontului are efect de fretare. Pe msur ce efectul de fretare indus de frontul excavaiei descrete n timp ce excavaia progreseaz, n spatele frontului sprijinirea instalat intervine la rndul ei n mpiedicarea deformaiilor mobiliznd un nou efect de fretare. c) Efectul tridimensional creat de front i mpiedicarea parial a deplasrilor de convergen pot fi puse n eviden printr-o reprezentare grafic denumit diagrama convergen - fretare (figura nr.1). n ordonat se reprezint efortul radial normal pe conturul excavat. Sunt dou abscise. Prima corespunde deplasrilor de convergen ru , iar a doua poziiei frontului, respectiv poziiei sprijinirii.


Figura nr.1. Diagrama convergen - fretare

d) Curba nr.1 din diagrama convergen - fretare, denumit curba caracteristic a rocii, reprezint relaia dintre deplasarea radial produs i efortul radial pe contur. Cnd frontul este situat chiar n dreptul seciunii, deplasarea radial este fru , , iar efortul radial fr, este o cot parte din efortul

iniial 0 . Pe msur ce frontul avanseaz, efectul de fretare dat de roca neexcavat descrete. Dac masivul de roc are capacitatea de a se reechilibra singur, se atinge o situaie de echilibru dat de max,rr uu i 0r . Dac ns, datorit deplasrilor de convergen excesive excavaia devine instabil (ramura 3 a curbei nr.1), atunci contribuia sprijinirii este absolut necesar. e) Curba nr.2 din diagrama convergen - fretare, denumit curba caracteristic a sprijinirii, reprezint relaia dintre deplasarea radial impus sprijinirii de deplasarea de convergen a rocii i presiunea radial exercitat de sprijinire pe contur, sp , care se opune deplasrii radiale. f) Intersecia celor dou curbe din diagrama convergen - fretare corespunde situaiei de echilibru, n care sprijinirea preia efectul de fretare indus pn acum de front, deplasarea de convergen se stabilizeaz la sru , , iar pe conturul excavat interaciunea roc-sprijinire este caracterizat de presiunea de fretare sp .

Legend: r - efortul normal pe conturul excavat 0 - efortul iniial din masivul de roc r,f - cota parte din efortul iniial existent ps - presiunea exercitat de sprijinire la momentul activrii susinerii ur - deplasarea de convergen ur,f - deplasarea de convergena produs ur,s - deplasarea spre gol a sprijinirii pn la activarea susinerii ur,max - deplasarea de convergen d - distana fa de front a sprijinirii maxim la reechilibrare fr sprijinire D - distana fa de front unde nu se mai resimte influena frontului


6. Sisteme de sprijinire - clasificare i alctuire

6.1. Clasificare a) n funcie de efectele structurale ale sprijinirilor sunt dou sisteme:

sprijinirea de tip elastic, cu ancore, cu pri-beton sau cu ancore i pri-beton, care devine activ din momentul instalrii, se deformeaz odat cu roca i contribuie la reechilibrarea masivului de roc;

sprijinirea rigid, cu cintre metalice, care devine activ numai dup surparea conturului excavat; roca rmas stabil este un element pasiv n raport cu sprijinirea i exercit ncrcri asupra cintrelor la deformarea ctre conturul excavat.

b) Suportul grafic al clasificrii este dat de diagrama convergen-fretare din figura nr.2, iar alctuirea constructiv este schiat n figura nr.3.

Figura nr.2. Clasificarea sprijinirilor n funcie de diagrama convergen-fretare


Cintru metalic

Plas de armare

Rigol

A

Torcret

Ancore

Rigol

B

Figura nr.3. Sisteme de sprijinire: (A) cu ancore i pri-beton; (B) cu cintre metalice

6.2. Alegerea sistemului de sprijinire

a) Dimensionarea lucrrilor de sprijinire este posibil numai n cazul rocilor omogene, neafectate de discontinuiti. Complexitatea de comportare a maselor de roc a impus formularea unor reguli empirice de alegere i predimensionare a sistemelor de sprijinire, avnd la baz clasificrile uzual folosite pentru masivele de roc: RQD, RMR, i Q. 6.2.1. Alegerea sistemului de sprijinire n funcie de RQD

Tabelul nr.7. Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie de RQD

Calitatea

rocii Metoda de excavaie

Sistemul de sprijinire Ancorare pri-beton Cintre metalice

Foarte bun RQD > 90

Forare Explozivi

Ocazional Ocazional

Ocazional, local Local, 6...8 cm

Ocazional 0...0,2 B Ocazional 0...0,3 B

Bun 75

6.2.3. Alegerea sistemului de sprijinire n funcie de clasificarea Q e) n funcie de indicele Q i de dimensiunile excavaiei subterane sunt definite 38 de categorii de sprijinire. n lucrarea de fa s-au reinut numai sistemele de sprijinire (cu numerotarea original) specifice galeriilor i tunelurilor (deschideri sub 6 ... 10 m). f) Sinteza recomandrilor este prezentat n tabelul nr.9 i n figura nr.4.

Tabelul nr.9. Recomandri pentru sistemele de sprijinire n funcie de indicele Q Categoria sprijinirii Q RQD/Jn Jr/Jn

Deschi-derea (m)

Presiune de

fretare (MPa)

Sistemul de sprijinire

17 10-4

>30 - 3,5...9 0,1 - ancorare ocazional, ancore libere sau betonate

10-30

-

- ancorare sistematic, ancore libere sau betonate, la 1..1,5 m

6

- ancorare sistematic, ancore libere sau betonate, la 1..1,5 m i pri-beton 2..3 cm

5

- 2...6

0,3

- ancorare sistematic la 1m i pri-beton 5 cm


Figura nr.4. Grafic de alegere a sistemului de sprijinire n funcie de indicele Q.

j) Tipurile de sprijinire, a cror numerotare apare n figura nr.4 sunt: (1) - nesprijinit; (2) - ancorare ocazional; (3) - ancorare sistematic; (4) - ancorare sistematic i pri-beton nearmat sau, dup caz, armat cu plasa, n

grosime de 4-10 cm; (5) - ancore i pri-beton armat cu fibre de 5-9 cm; (6) - ancore i pri-beton armat cu fibre de 9-12 cm; (7) - ancore i pri-beton armat cu fibre de 12-15 cm; (8) - ancore, pri-beton armat cu fibre 15 cm i cintre uoare; (9) - cmuial de beton armat. k) Sprijinirea prin ancorare utilizeaz de obicei ancore libere pe gaura de foraj, blocate n adncimea forajului, fie prin despicare, fie prin sistemul conexpan. Acestea prezint avantajul unei instalri rapide i nu necesit o tehnologie dificil. l) Ancorele sunt confecionate din fier beton cu diametrul de 25 sau 30 mm. Lungimea este uzual cuprins ntre 2 i 4 m, dar cel mai adesea, dac nu sunt condiii geologice speciale, se utilizeaz


ancore de 2,50 m lungime. n mod normal, lungimea trebuie s fie proporional cu deschiderea excavaiei, pentru a mri grosimea inelului de roc autoportant pe msur ce deschiderea crete. O recomandare empiric, frecvent utilizat, specific lungimea ancorei la 3/14/1 din deschidere.

6.3 Adaptarea n execuie a sprijinirilor la situaiile din teren

a) La execuia lucrrii subterane se impune adaptarea continu a sprijinirii la condiiile din front. Adaptarea se face pe baza experienei dar, n egal msur, i pe baza msurrii efectelor create de sprijinirile propuse. Procesul de predimensionare, adaptare i corectare a sistemelor de sprijinire poart denumirea de politica sprijinirilor.

b) Pe msur ce frontul avanseaz se stabilesc seciuni de msur care se echipeaz cu sisteme de monitorizare a deplasrilor rocii i ale eforturilor de contact ntre roc i sprijinire. Seciunile de msur corespund unor zone caracteristice cu condiii geologice similare i cu parametri geomecanici asemntori. c) Echiparea minim a unei seciuni de msur cuprinde reperi pentru msurarea convergenei i extensometre de foraj. Direciile de msur sunt radiale, cel puin una la cheie i cte una la nateri. d) Deplasrile de convergen sunt principalul indicator al stabilizrii sistemului roc-sprijinire. Msurarea lor se face cu distometru cu fir de invar tensionat sau, mai simplu, cu banda de oel. e) Deplasrile de convergen, ca i cele de la extensometre, se msoar la anumite intervale de timp i se reprezint pe grafice care au n abscis timpul (figura nr.5). Frecvena msurtorilor se reduce n timp, de la o msurtoare la cteva ore, la o msurtoare la cteva zile i apoi la una la cteva sptmni. f) Dac deplasrile se stabilizeaz n timp (cazul-din figura nr.5) nseamn c ansamblul roc-sprijinire a atins o nou stare de echilibru i deci c sprijinirea propus este potrivit. Dac exist tendina de amplificare n timp a deplasrilor (cazul nr.2-din figura nr.5) atunci, pe de o parte trebuie intervenit cu armoferme sau cintre n zona deja sprijinit, iar pe de alt parte, n zonele urmtoare ce urmeaz a fi sprijinite se va reconsidera sprijinirea propus, ndesind ancorele, mrind lungimea acestora, ngrond pri-betonul etc.

Figura nr.5. Urmrirea stabillizrii excavaiei prin msurtori: a echiparea seciuni de msur;

b reprezentarea deplasrilor msurate n funcie de timp.


g) Pe baza datelor obinute n seciunea de msur se face validarea sprijinirii propuse sau se procedeaz la corectarea acesteia. Decizia este extrapolat pentru ntreaga zon caracteristic. h) n cazul tunelelor sau galeriilor de mari dimensiuni, realizate n roci mai slabe, aplicarea simultan a sprijinirii odat cu deschiderea golului impune excavarea n trepte sau cu galerii direcionale. Dup excavarea unei trepte sau odat cu progresul galeriilor direcionale, se procedeaz la ancorarea conturilor care sunt comune cu cele ale excavaiei finale i la aplicarea de pri-beton. i) In cazul unor deplasri de convergen mari, datorit croroa nu se mai poate asigura gabaritul interior al galeriei, se recurge la reprofilarea conturului. j) Adaptarea tehnologiei de excavare la condiiile rocii, la dimensiunile excavaiei i la posibilitatea de reechilibrare a acesteia dup excavare este parte integrant a politicii sprijinirilor.

7. Calculul sprijinirilor (1) Stabilirea soluiei de sprijinire a excavaiilor subterane este bazat n principal pe nelegerea fenomenelor de interaciune, pe intuiie i pe experien. n cadrul fazelor de proiectare se impune ns dimensionarea lucrrilor de sprijinire. Dimensionarea servete organizrii tehnologice a execuiei i, n special, estimrii costurilor proiectelor. Datorit dificultilor de modelare prin calcul a fenomenelor i de determinare prin ncercri a multitudinii de parametri care intervin n calcule, dimensionarea sprijinirilor are numai un caracter preliminar i orientativ.

7.1. Calculul sprijinirilor elastice prin metoda convergen - fretare (1) Calculul sprijinirilor elastice se refer la verificarea unei soluii de sprijinire propuse avnd la baz caracteristicile rocii, presiunea de fretare necesar echilibrrii masivului i capacitatea portant a sprijinirii. a) Etapele de calcul sunt: - trasarea curbei caracteristice a rocii pe baza proprietilor mecanice ale acesteia; - stabilirea unei anumite alctuiri a sprijinirii, pentru care se traseaz curba ei caracteristic.

- definirea noii stri de echilibru la intersecia dintre cele dou curbe caracteristice i determinarea presiunii de fretare necesare.

- compararea presiunii de fretare necesare cu presiunea maxim care poate fi exercitat de sprijinire i validarea sau invalidarea sprijinirii propuse:

i. dac presiunea de fretare necesar este egal sau apropiat de presiunea capabil a sprijinirii atunci sprijinirea propus este satisfctoare;

ii. dac presiunea de fretare necesar este mai mare dect presiunea capabil a sprijinirii atunci sprijinirea se suplimenteaz.


7.1.1. Curba caracteristic a rocii a) Caracteristica rocii n cazul comportrii liniar elastice este o dreapt (figura nr.6). n dreptul frontului efortul radial are valoarea aproximativ 0, 7,0 fr . Deplasarea maxim are valoarea: dat de relaia nr.(2).

)2(1 0max, REur

unde: 0 este efortul iniial din masiv; E este modulul de elasticitate al rocii; este coeficientul Poisson al rocii.

Figura nr.6. Caracteristica rocii n cazul comportrii elastice

b) Caracteristica rocii n cazul comportrii neliniare (elastoplastice sau elasto fragil plastice) are trei zone, departajate de intrarea n stadiu plastic (punctual B n figura nr.7, caracterizat de parametrul e) i de declanarea surprii (punctual C n figura nr.7, caracterizat de parametrul lim).


Figura nr.7. Caracteristica rocii n cazul comportrii neliniare a rocii c) n cazul comportrii neliniare criteriul de plasticizare este criteriul Mohr - Culomb:

pp ck 31 , (3) unde:

sin1sin1

pk ;

sin1cos2c

cp (4)

cu - unghiul de frecare intern al rocii i c - coeziunea. iar 1 i 3 reprezint eforturile principale maxime i minime. d) Parametrul e care definete intrarea n zona plastic este dat de expresia:

0111 p

pp

ec

kk (5)

iar ramura BC a curbei caracteristice (figura nr.7) se construiete dnd valori n domeniul 0,60 ... 0,95 i calculnd ordonata (1-) 0 i abscis

121

1max,

RRu

u pere

r (6)

unde: n

pp

RR

1

1

1/2

1

0

pp

p

knsi

kc

p

(7)

iar este dilatana rocii.


e) Curba caracteristic se modific atunci cnd zona plastic se extinde i apare bolta de surpare. nalimea bolii de surpare este (figura nr.8):

2 fbhbs

Figura nr.8. Formarea bolii de surpare unde b = 2R este deschiderea excavaiei, iar f este coeficientul de trie a rocii. f) Delimitarea zonei de valabilitate a curbei caracteristice este dat de lim, care rezult din egalitatea:

bs

n

p hRpRR

lim1

(8)

g) Dup apariia bolii de surpare, materialul desprins acioneaz asupra sprijinirii cu o presiune maxim bsrm hp , unde r este greutatea specific a rocii. 7.1.2. Curba caracteristic a sprijinirii a) Caracteristica sprijinirii (denumit i curba efectului de fretare) este relaia dintre creterea deformaiei radiale, ru i sporul de efort radial exercitat de sprijinire asupra conturului excavat,

sp . Conform figurii nr.9, relaia are abscis iniial ur, a , care ine seama de momentul instalrii i de interspaiul dintre conturul excavat i sprijinire (ca la armoferme) i are forma general:

Ruk

p rss

, (9)

n care sk este rigiditatea sprijinirii, iar R raza echivalent a golului excavat.


Figura nr.9. Caracteristica sprijinirii b) Rigiditatea sprijinirii cu torcret are expresia:

ReE

kt

ts 2)1( (10)

unde: e este grosima torcretului, Et este modulul de elasticitate al torcretului, iar t este coeficientul Poisson al acestuia. c) Relaia (10) este valabil numai dac inelul de pri-beton se nchide n vatr. Dac inelul rmne deschis, rigiditatea acestuia se reduce corespunztor. d) Valoarea maxim a presiunii de fretare exercitat de sprijinirea cu torcret se limiteaz la:

Rep tct ,max, , (11)

unde c,t este rezistena la compresiune a torcretului. n evalurile numerice ns, se alege uneori c,t 6Mpa, limitare care reduce riscul de voalare a inelului de torcret. Dei torcretul se muleaz pe o plas de armare, efectul acesteia se neglijeaz, dat fiind faptul c inelul lucreaz n compresiune. e) Ancorarea conturului excavat se face cu ancore nebetonate, blocate la capul dinspre masiv i fixate pe faa excavaiei cu plcue. La fixare, prin rotirea pe filet a plcuei, se obine, pe lng blocare i o pretensionare a ancorei. e) Rigiditatea sprijinirii cu ancore are expresia:


Q

Edlee

Rk

a

Lrs

24

1 (12)

unde, conform figurii nr.10, semnificaia termenilor este:

R - raza excavaiei; er - distana dintre ancore pe contur; eL - distana dintre ancore n lungul tunelului; d - diametrul ancorei; l - lungimea efectiv a ancorei; Ea - modulul de elasticitate al ancorei; Q este factorul de proporionalitate aferent ncercrii de zmulgere a ancorei (conform

diagramei i notaiilor din figura nr.10,b):

12

)()( 1,1,22aa

eeTT

uuuuQ

(13)

Figura nr.10. Sprijinirea cu ancore: a - schema sprijinirii;

b rezultatele ncercrii de smulgere a unei ancore. f) Valoarea maxim a presiunii de fretare exercitat de sprijinirea cu ancore se limiteaz la:

Lr

ras ee

Tp ,max, , (14)


unde raT , este fora maxim din ancor la smulgere, determinat prin ncercri proprii sau asimilat pe baza datelor din literatura de specialitate referitoare la ncercri de smulgere pentru acelai tip de roc i aceleai dimensiuni ale ancorei. g) Trasarea curbei sprijinirii n cazul sistemelor de sprijinire combinate (torcret i ancore) ine seama de faptul c instalarea elementelor sprijinirii se face secvenial. Dac se noteaz cu

1,aru deplasarea radial suportat de roc pn cnd devine activ componenta nr.1 a sistemului de sprijinire i cu

2,aru deplasarea radial la contur pn cnd devine activ componenta nr.2 (figura nr.11), atunci se pot scrie relaiile:

Figura nr.11. Trasarea caracteristicii sprijinirilor combinate.

ss

arr pkR

uu1

1, pentru 21 ,, arrar uuu (15,a)

sss

arr pkkR

uu21

2, pentru 2,arr uu (15,b)

Deplasarea radial maxim pe care o poate prelua sistemul de sprijinire este egal cu deplasarea maxim admisibil pentru prima component a sistemului. h) Valorile maxime ale presiunilor de fretare bazate pe date experimentale i msurtori n execuie sunt:

pentru sprijinirea cu torcret, cu grosimi cuprinse ntre 5 i 20 cm, presiunea de fretare poate ajunge la 0,5 MPa n tunele/galerii circulare cu diametrul sub 4 m, respectiv pn la 0,2 MPa n cazul tunelelor/galeriilor circulare cu diametrul de 10 m.


pentru sprijinirea cu ancore, n funcie de distana dintre ancore, lungimea acestora i rezistena rocii n zona de ancorare, presiunile de fretare variaz ntre 0,05 MPa i 0,2 MPa;

7.2. Calculul sprijinirilor prin metoda bolii de surpare

(1) Metoda bolii de surpare se aplic la calculul sprijinirilor rigide, cu cintre grele. Cintrele i plasa sau elementele longitudinale pozate pe extradosul cintrelor (ntre acestea i conturul excavat) trebuie s preia ncrcrile date de roca desprins din contur surpri sau blocuri.

(2) n prezentul ghid relaiile de calcul se bazeaz pe teoria bolii de surpare a lui Protodiaconov, care asimileaz roca considerat puternic fisurat i fragmentat de excavarea cu exploziv - cu un mediu pulverulent. Deasupra excavaiei se formeaz o bolt de surpare, iar materialul de peste bolt i transmite ncrcrile ctre pereii laterali, printr-o zon comprimat, denumit bolt de descrcare (figura nr.12). ncrcarea vertical este egal cu greutatea materialului surpat, iar ncrcarea orizontal este dat de mpingerea activ exercitat pe pereii laterali.

Figura nr.12. Notaii pentru relaiile de calcul

a) nlimea bolii de surpare se evalueaz n funcie de deschiderea b a excavaiei:

fb

h2

(16)

unde f reprezint coeficientul de frecare intern, denumit coeficient de trie sau coeficient Protodiaconov.

b) Mrimea lui f se evalueaz pe baza datelor culese n teren pentru galerii excavate, prin asimilare, n funcie de condiiile geologice reale. ncadrarea n baza de date i selecia coeficientului de trie, se recomand s se realizeze de inginerul geolog. Cu titlul informativ, sunt prezentate valorile lui f pentru cteva tipuri de roci.


Roca Granite Calcare Conglomerate Calcare fisurate Marne

argiloase f 10 8 4 2 1

n multe situaii se utilizeaz i o evaluare estimativ a coeficientului de trie f = Rc / 10, n funcie de rezistena la compresiune a rocii cR , unde cR este exprimat n MPa. c) Ordonata maxim a mpingerii verticale asupra sprijinirii i respectiv mpingerea medie sunt date de expresiile:

fb

p rv 2max, f

bp rmedv 3,

(17)

d) mpingerea lateral total are valoarea:

)2/45(tg)2(21 2 HqH r , (18)

care se poate distribui liniar (cu distribuie trapezoidal sau constant pe nlimea excavaiei). Valoarea unghiului de frecare interioar rezult din farctg . Presiunea lateral este mult mai mic dect presiunea vertical. Ea nu apare dect n roci moi (cu )2f , n care este posibil formarea planurilor de alunecare. e) n cazul rocilor stratificate sau cu planuri de i stuozitate bine definite teoriile bazate pe bolta de surpare sunt practic neaplicabile. ncrcarea transmis sprijinirilor rigide depinde de direcia i cderea planurilor de discontinuitate, de frecvena i distana dintre acestea i de efectele induse de excavarea cu explozivi. ncrcarea vertical este exprimat sub forma greutii nlimii coloanei de roc ( hp rv ). Valoarea coloanei h nu poate depi bh 5,0 n cazul stratificaiei/ i stuozitii orizontale, respectiv bh 25,0 n cazul stratificaiei/ i stuozitii verticale.

8. Elemente specifice cavernelor subterane a) Excavarea cavernelor nu se face la seciune plin ci etapizat, n faze succesive, care asigur condiii de stabilitate mult mai bune. Datorit deschiderilor i nlimilor mari, se excaveaz iniial bolta cavernei, ntr-o succesiune care s permit permanent controlul stabilitii. b) Pentru sprijinirea din zona bolii se utilizeaz curent dou variante privind secvenele de excavare i sprijinire (figura nr.13):

- n prima variant (figura nr.13,a) se realizeaz iniial o galerie direcional central, sprijinit cu pri-beton, dup care excavaia se lrgete spre cuzinei, concomitent cu ancorarea;

- n a doua variant (figura nr.13,b), excavarea se ncepe cu dou galerii direcionale n zona cuzineilor, sprijinite prin ancorare. Deschiderea excavaiei bolii se face ctre zona central, utiliznd roca neexcavat de sub bolt pentru suportul cofrajului bolii.


Figura nr.13. Faze de execuie la excavarea i sprijinirea bolii: a cu galerie direcional central; b cu galerii direcionale la cuzinei.

c) Deschiderea excavaiei bolii, n lungul cavernei se face n sistemul cu lamele campioane alternante, pstrnd ntre ele roca neexcavat cu rol de suport. Excavarea lamelelor rmase se face numai dup execuia bolii de beton armat aferent lamelelor excavate, care are astfel i rol de sprijinire pentru excavarea din a doua faz. d) Instalarea ancorrii se face imediat dup fiecare etap de deschidere a excavaiei din zona bolii, ct de repede permite tehnologia de excavare. n cazul rocilor cu %50RQD , aa cum sunt cele din amplasamentele marilor caverne subterane, predimensionarea ancorrii se face admind c presiunea de fretare pe care trebuie s o asigure la limit ancorarea este de Bp ranc )2,0...1,0( , unde r este greutatea specific a rocii, iar B este deschiderea cavernei. e) n cazul n care roca este fragmentat cu rosturi lise, cu frecare redus, dimensionarea ancorrii se face n funcie de unghiul de frecare pe discontinuiti, conform graficului din figura nr.14.


Figura nr.14. Necesarul de ancorare, exprimat prin raportul ancp / r , n funcie de unghiul de frecare intern pe discontinuiti.

f) Lungimea ancorelor din zona bolii se stabilete n funcie de deschiderea cavernei. n figura nr.15, domeniul haurat servete pentru dimensionarea preliminar. n grafic se prezint i tendina actual, bazat pe experiena lucrrilor executate n ultima perioad.

dimensionare preliminar

Figura nr.15. Recomandri privind lungimea ancorelor din zona bolii.


g) Excavarea zonei inferioare a cavernei propriu-zise se atac dup ce se betoneaz integral bolta, cu rol de cmuial definitiv. h) Dac prin excavarea pereilor cavernei se formeaz blocuri instabile, decupate de stratificaie, ancorele sau ancorajele pretensionate trebuie astfel plasate nct s majoreze rezistena la forfecare mobilizat pe suprafaa de alunecare (figura nr.16). Majoritatea ancorelor trebuie s traverseze planul de alunecare, urmnd s se reduc la minim ancorele ce traverseaz planurile de separare. Orientarea primei categorii de ancore trebuie s formeze cu planul de alunecare un unghi

030...15 , pentru a asigura rezistena la forfecare maxim.

Figura nr.16. Prevenirea alunecrilor progresive interstrat:

a mecanismul de instabilitate; b notaii

i) Ancorarea trebuie s asigure o presiune normal, sp , care s menin rezistena la forfecare interstrate. Mrimea acestei presiuni echivalente, date de ancorare, este:

)(tgtg

tsp , (19)

unde t este efortul tangenial la perete, este unghiul de frecare ntre strate, iar este nclinarea stratelor fa de vertical. 9. Elemente specifice galeriilor hidrotehnice sub presiune

(1) Cmuiala galeriilor sau tunelelor (bolt, bolt-perei sau contur integral betonat) este tratat ca fiind o structur hiperstatic. Reaciunile mobilizate pe conturul de rezemare a cmuielii se evalueaz admind c roca este un mediu continuu i elastic. La evaluarea ncrcrii active exercitate de roc, denumit mpingerea muntelui, se face abstracie de efectul stabilizator al sprijinirilor, care sunt considerate lucrri provizorii. mpingeriea muntelui se calculeaz conform subcapitolul 7.2, referitor la evaluarea ncrcrilor asupra sprijinirilor rigide.


(2) n cazul galeriilor sub presiune, fenomenele de interaciune au un caracter special, impus de concepia diferit a cmuielilor acestor structuri. De aceast dat principala ncrcare este dat de presiunea interioar a apei. Principalul rol al cmuielii l constituie asigurarea condiiilor de curgere, cu rugozitate controlat, n timp ce presiunea interioar este transferat, n cea mai mare msur, masivului de roc n care este realizat galeria. a) Cmuiala galeriei sub presiune se realizeaz sub forma unui inel relativ subire din beton armat, cu grosimi de 15...30 cm, care supus presiunii interioare, este solicitat la ntindere i fisureaz i o coroan de roc injectat cu lapte de ciment sub presiune n jurul cmuielii care asigur etaneitatea. b) Se admite ipoteza simplificatoare conform creia roca este un material continuu, elastic i izotrop, caracterizat prin modulul de elasticitate (deformaie) rE i prin coeficientul Poisson r . c) Reaciunea elastic a rocii, q , este mobilizat de deformarea ctre masivul de roc a cmuielii supuse presiunii interioare a apei, ip . (figura nr.17). Ea acioneaz n egal msur att la extradosul cmuielii, ct i pe conturul (suprafaa) excavat al rocii.

Figura nr.17. Definirea reaciunii elastice a rocii

Valoarea reaciunii elastice este:

)1(2)1()1(222 b

ibaaR

pq

(20)

unde notaiile sunt cele din figura nr.21, E i semnific modulul de deformare i respectiv coeficientul Poisson, cu indicii b - beton, r - roc, iar abrevierile sunt:

i

eRR

a , denumit grosimea relativ a cmuelii,

r

b

b

rEE

R

11

, denumit rigiditat relativ cmuial-masiv.


d) n cazul rocilor mai puin deformabile ( 5R ) cmuiala este puin solicitat, o bun parte din presiunea interioar fiind preluat de masiv. Cnd roca este mai deformabil ( )10R este raional s se prevad cmuieli mai subiri pentru a majora transferul presiunii ctre masiv.

e) Grosimea inelului de beton al cmuelii se alege pe criterii constructive, la un minim tehnologic raional, iar armarea are rol de control al fisuraiei inelului ntins centric care trebuie s-i menin o continuitate la limit, fr ns ca deschiderea fisurilor s fie o stare limit de dimensionare. f) Injeciile de impermeabilizare/consolidare realizate la presiuni mari foreaz masa de roc s se deplaseze ctre cmuiala de beton armat producnd comprimarea acesteia; efectul, fiind premergtor punerii galeriei sub presiune de ap, este denumit de precomprimare. g) Efectul de precomprimare se include n calcule fiind asimilat cu exercitarea pe extrados a unei presiuni suplimentare injp , cu 1 , unde .injp este presiunea de injectare. Mrimea lui depinde de raportul E r / E dintre modulul de deformare al masei de roc i modulul de deformare a rocii propriu-zise. variaz ntre 0,1 pentru E r / E = 1 i 0,4 pentru E r / E = 0,1.


Anexa nr.1

Referine tehnice A. Standarde:

Nr. crt.

Indicativ Denumire standard

1. SR EN ISO 14689-1:2004 Cercetri i ncercri geotehnice. Denumire i clasificarea rocilor. Partea 1: Denumire i descriere.

2. SR EN 1997-2:2007-Eurocod 7 Proiectarea geotehnic. Partea 2: Investigarea i ncercarea terenului.

3. SR EN 1997-2:2007/NB:2009 Eurocod 7: Proiectarea geotehnic. Partea 2: Investigarea i ncercarea terenului. Anexa naional

4. SR EN 1997-2:2007/AC:2010

Eurocod 7: Proiectarea geotehnic. Partea 2: Investigarea i ncercarea terenului

Not: 1. Referinele datate au fost luate n considerare la data elaborrii prezentei reglementri tehnice. 2. La data utilizrii reglementrii tehnice se va consulta ultima form n vigoare a referinelor legislative i tehnice.


Anexa nr.2 - anex informativ Exemplu de calcul a unei sprijiniri elastice

1. Datele problemei

Pentru a se pune n eviden modul n care se dimensioneaz, respectiv se verific un sistem de sprijinire prin metoda convergen fretare (CF), n cele ce urmeaz se trateaz cazul unui tunel ovoidal excavat n isturi cristaline uor alterate, la o adncime 40aH m. n anexa informativ se fac referiri la relaiile matematice din prezentul ghid, cu respectarea numerotrii acestora. Forma excavaiei se asimileaz cu una circular cu raza echivalent

4R m. Masa de roc este caracterizat de: greutatea specific r 27 kN/m

3 unghiul de frecare interioar 029 coeziunea aparent 12,0c MPa modulul de deformaie la descrcare 1200E MPa dilatana 4,1 efortul iniial din masiv, izostatic 08,10 MPa coeficientul de trie (Protodiaconov) 65,0f

2. Definirea caracteristicii rocii.

n prim instan se determina deplasarea elastic maxim teoretic, cu relaia nr.(2):

432,0m10432,0408,11200

2,011 20max

RE

ue cm

Parametrii caracteristici ai criteriului de plasticizare Mohr-Coulomb, conform relaiilor nr.(3) i (4) au valorile:

40,0sin1cos2

882,2sin1sin1

cc

k

p

p

Cota e din deplasarea elastic maxim teoretic care se realizeaz efectiv n stadiul elastic se determin cu relaia (5):

58,008,14,0

882,1882,311

011

pp

pe

ck

k

i de aici:


250,0432,058,0max eeer uu cm.

Pe baza acestor prime valori se determin coordonatele punctelor A i B ale caracteristicii rocii (vezi figura nr.7 i figura nr.A1):

Figura nr.A1.

Diagrama de convergen-fretare pentru analiza stabilitii galeriei din exemplul numeric.

!"

!#$

cm129,0432,03,0

MPa756,07,0

,

0,

Ar

Ar

uA

!"

!#$

cm250,0

MPa453,0)1(

,

0,

erBr

eBr

uuB

Pentru trasarea poriunii BC a caracteristicii, care corespunde comportrii elasto-fragil plastice, se determin o serie de perechi de valori rr u, , dnd valori parametrului n domeniul (0,60 ... 0,95). Relaiile de calcul nr.(7) pentru determinarea razei zonei plastice, respectiv nr.(6) pentru evaluarea deplasrii radiale, se rescriu sub forma:


n

pp

RR

1

i:

4,02124,21

RR

ARR

Au ppr ,

unde:

104,01

531,01

419,0/2

max,

1

1

0

ere

p

p

p

uA

kn

kc

p

n tabelul nr.A1 sunt prezentate rezultatele calculelor pentru cele patru valori caracteristice ale parametrului care au servit la trasarea zonei BC a curbei caracteristice.

Tabelul nr.CF.1. Calculul coordonatelor caracteristici rocii

0)1( r

531,0

1419,0

RRp

4,02104,0

4,2

RR

u pr

(MPa) (m) (cm) 0,7 0,8 0,9 0,95

0,324 0,216 0,108 0,054

4,776 5,923 8,559

12,300

0,360 0,575 1,33 3,12

Limita de la care comportarea plastic genereaz formarea bolii de surpare (punctul C al caracteristicii) se determin din condiia (8), care se rescrie sub forma:

bs

nhR

pR

1

unde nlimea bolii de surpare are valoarea calculat conform relaiei (16):

25,665,02

82

fb

hbs m .

Din relaia de condiie rezult:


07,0

425,10

419,01 883,1/1

n

bsRhR

p

Coordonatele punctului C vor fi:

cm53,24,0425,10

2104,0

MPa0756,007,0

4,2

0

r

r

u

Ramura DE a caracteristicii rocii este o paralel la axa ru i are ordonata:

168,0mkN

16825,627 2 bsrs hp MPa

Caracteristica complet a rocii ABCDE se poate urmri n figura nr. A1.

3. Determinarea caracteristicii sprijinirii

n conformitate cu ipoteza comportrii liniar elastice a sprijinirii, caracteristica acesteia este o dreapt a crei ecuaie este:

Ruu

kp arrss, .

Pentru fiecare tip de sprijinire trebuie deci determinat rigiditatea sk i deplasarea liber a rocii aru , pn vine n contact cu sprijinirea. n continuare sunt analizate, pe rnd, dou tipuri de sprijinire.

4. Verificarea sprijinirilor propuse 4.1. Sprijinirea cu pri beton. Se admite realizarea unui inel de torcret cu grosimea cm10e . La momentul ntririi, caracteristicile elastice ale materialului sunt MPa20000Et i 16,0sb . Din relaia (10) rezult:

595484,0

1,020000)1(

R

eEksb

sbs

MPa ,

iar de aici dreapta caracteristic:

rs up 48,1 (MPa)

cu ru exprimat n centimetri.


n diagrama convergen-fretare din figura nr.A1 aplicarea torcretului se face la 2 m n spatele frontului ( )m2 dx , iar contactul cu roca este imediat ( )0, aru . Echilibrarea excavaiei se obine n punctul de intersecie a caracteristicii sprijinirii cu caracteristica rocii, 1E . Din diagram rezult 28,0sp MPa. innd seama c presiunea maxim ce poate fi exercitat de pri beton nu poate depi valoarea determinat conform relaiei (11):

15,041,0

MPa6,lim, Re

p sbcsbs MPa,

rezult c torcretul nu este o sprijinire fezabil dect dac este asociat i cu ancorare. 4.2. Sprijinirea cu ancore Ancorarea se realizeaz cu ancore nebetonate, cu lungimea 2l m, din bare de oel cu diametrul

25d mm, dispuse ntr-o reea de 11 LR ee m2. Din ncercrile de smulgere au rezultat fora

maxim din ancor, 220smulgere, aT kN, i coeficientul de proporionalitate din relaia (13),

12,0

aTu

Q mm/kN.

Rigiditatea sprijinirii se calculeaz conform relaiei (12):

3212,0

000210)025,0(14,32,4

114

41

22

Q

Edlee

Rk

a

Lrs MPa.

Pe baza acesteia se exprim apoi ecuaia dreptei caracteristice:

rrs

s uuRk

p 08,0 (MPa),

cu ru exprimat n centimetri, i n acest caz, instalarea ancorelor se face la 2 m n spatele frontului, iar efectul de interaciune se manifest imediat ( 0, aru ). Origina caracteristicii sprijinirii n diagrama convergen-fretare din figura nr.A.1 este aceeai ca n cazul sprijinirii cu pri-beton. Echilibrarea excavaiei se obine n punctul 2E , de intersecie ntre caracteristica sprijinirii cu ancore i caracteristica rocii. Din grafic rezult 09,0sp MPa.


innd seama c presiunea maxim ce poate fi exercitat de ancore poate atinge valoarea limit determinat conform relaiei (14):

22,0smulgere,lim, Lr

aancs ll

Tp MPa

rezult c ancorarea asigur o sprijinire adecvat a golului excavat. n mod similar se poate face analiza sprijinirii combinate ancore i torcret. O asemenea variant se impune n cazul n care excavaia va rmne descoperit o perioad lung de timp, pn la instalarea cmuielii definitive, deci existnd riscuri legate de alterarea rocii i coroziunea ancorelor.


gp 125-2014 ghid de proiectare privind lucrarile subterane cu aplicatii in hidrotehnica si...

Documents