IMBUNATARIREA UNUI TEREN DIFICIL DE FUNDARE CU PERNE DEBALAST

Rezumat

Se stie ca natura geologica a solului si diversitatea formelor de relief din Romania fac, ca pe un

spatiu restrans, sa se intalneasca o gama variata de pamanturi cu proprietati fizice si mecanice diferite si

comportari diferite sub incarcare. Astfel, multe dintre constructiile din tara noastra urmeaza a se realiza pe

terenuri slabe, cu rezistente mecanice reduse, ce impun adaptarea unor solutii de fundare complicate si

costisitoare.

Pentru amplasarea constructiei pe asemenea terenuri trebuie cautate permanent solutii care sa satisfaca din

punct de vedere ethnic, la costuri cat mai reduse.

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

necorespunzator fundarii directe urmate de asternerea si apoi compactarea in mod succesiv a unor straturi

de balast, obtinandu-se pentru stratul nou o indesare maxima a particulelor in spatiile disponibile.

Introducere

Realizarea acestui deziderat este de foarte mare importanta, deoarece in tara noastra (dealtfel ca si

in alte tari) apar deosebit de frecvent solutii de fundare indirect ( piloti, chesoane, coloane etc.)

Procedeele de fundare indirecta rezolva in general problema fundarii pe terenuri dificile, insa cu un

consum ridicat de material (ciment, otel etc) si la costuri superioare, considerent pentru care s-a recurs la

gasirea unor metode care sa duca la imbunatatirea terenurilor slabe,sa le ridice rezistentele mecanice, sa le

amelioreze proprietatile geotehnice , facandu-le bune pentru fundarea directa.

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

metoda inlocuirii acestora cu perne de balast sau alte material locale,fie imbunatatirea in adancime a

stratului slab pe toata grosimea sa, sau numai partial, cand acesta este foarte mare.

Pamanturile slabe sau dificile de fundare sunt considerate in general pamanturile argiloase cu un

grad de umiditate mare, pamanturile prafoase, malurile neconsolidate, loessurile, nisipurile fine in stare

afanata, argile cu consistenta redusa etc. Imbunatatirea proprietatilor pamanturilor este o garantie ca

exploatarea noii constructii ce urmeaza a se realiza pe amplasamentul respectiv se face in conditii de

siguranta.

Metodele de imbunatatire beneficiaza de un aport de material suplimentar distribuit in terenul

natural care impreuna cu acesta conlucreaza favorabil pentru obtinerea unei capacitati portante sporite si

deformabilitati reduse.

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

in excavarea stratului slab, sternerea si apoi compactarea prin cilindrare sau batere in mod succesiv a unor

straturi din pamant sau balast de 20-30 cm.

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

apei evacuate din porii terenului precum si pentru inlocuirea stratului de pamant sensibil la inghet. Pernele

de balast distribuie presiunile transmise de infrastructura constructiei la terenul natural pe o suprafata mai

mare decat talpa fundatiei. Ele maresc stabilitatea fundatilor deoarece au caracteristici de rezistenta (unghi

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

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

din cauza sensibilitatii la inghet, perna din balast se prevede pe intreaga adancime de inghet. In cazul apei

agresive fata de betoane, perna din balast elimina contactul betonului din fundatii cu apa agresiva. Daca

perna din balast este folosita in calitate de dren orizontal, grosimea acesteia se va alege astfel incat dupa

colmatarea zonei marginale superioare cu particule de argila, diferenta ramasa sa asigure o sectiune de

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

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

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

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

dispune pe teren fara o excavatie anterioara, atunci dimensiunea in plan a pernei va fi mai mare decat cea

necesara scopului functional, si anume cu o valoare egala cu dublul grosimii, amplificata prin tangenta

unghiului de frecare interioara a nisipului, care se va considera egal cu acela al pernei compactate. In

cazul dispunerii pernei din balast intr-o incinta excavata sau intr-o transee cu rol de protectie, se va lucra

cu atentie deoarece aceasta isi va pierde stabilitatea. In acest caz se poate observa refularea nisipului si

balastului si aparitia unor presiuni asupra peretilor din pamant slab de catre materialul din perna.

Comparatii intre metoda pernei de balast si alte metode de imbunatatire a proprietatilor terenului

de fundare

Consolidarea masivelor de pamant utilizand materiale geosintetice cu rol de armare. Lucrarile de

sprijin necesita elemente de fatada pentru a asigura atat stabilitatea, cat si estetica, formele putand diferi

foarte mult, de la panouri prefabricate pe toata inaltimea sau nu, imbinate intre ele prin diferite sisteme,

blocuri modulare prefabricate din beton cu forme geometrice variate,gabioane din geogrile, pana la

sisteme simple, flexibile, realizate prin simpla intoarcere aarmaturilor la fata masivului. Pamanturile

armate cu materiale geosintetice suntconstituite dintr o alternanta de straturi de pamant compactat, in

general necoeziv si armaturi geosintetice.Conceptul de pamant armat este datorat inginerului francez

Henry Vidal, care a inceput cercetarile in acest domeniu in anii ‘50 si in 1962 a brevetat solutia.Armaturile introduse in pamant, avand drept rol preluarea eforturilor de intindere, au fost initial metalice,

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

Introducerea geosinteticelor sub forma de armaturi in pamant a revolutionat conceptul de pamant armat,

permitand dezvoltarea de produse si tehnologii noi, specifice domeniului constructiilor geotehnice.

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

abrupte, reabilitari de pante alunecate, ramblee si diguri pe terenuri foarte compresibile, armarea patului

drumurilor si a imbracamintilor asfaltice Materiale geosintetice utilizate la armarea pamanturilor sunt

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

geogrile, geocompozite de armare.

Materialele geosintetice utilizate la armarea pamanturilor sunt cunoscute in ingineria geotehnica

sub denumirea de armaturi de tip „extensibil” sau relativ extensibile. Acestea au deformatii la rupere maimari decat deformatiile maxime ce pot apare in pamantul nearmat, in aceleasi conditii de solicitare.

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

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

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

poliester sunt susceptibile de a-si modifica proprietatile datorita proceselor de hidroliza si a temperaturilor

ridicate. Hidroliza si procesele de dizolvare a fibrelor sunt mai accelerate in medii alcaline, la nivelul

apelor subterane sau in zone cu precipitatii abundente. Materialele geosintetice realizate din poliolefine

(polipropilena, polietilena) sunt susceptibile la diminuarea proprietatilor mecanice ca urmare a proceselor

de degradare oxidativa sau a temperaturilor inalte.

Progresul tehnologic a dus la obtinerea unor materiale geosintetice care ofera solutii tehnice cu un

grad ridicat de siguranta pe termen lung. Ranforsarea solului cu geogrile este considerata in ingineria

geotehnica o metoda sigura si economica din urmatoarele considerente:

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

asfalt – reduc gabaritele terasamentelor, in final conducand la o economie considerabila de resurse

materiale naturale, precum si de energie pentru extragere, prelucrare, transport si punere in opera;

− sunt omogene, izotrope atunci cand se cere aceasta caracteristica, au o masa redusa, se pot realiza dinfabrica la lungimi de pana la 35m si latimi de pana la cca 2m ( 6m, in cazuri speciale);

− materialele geosintetice au elasticitate, proprietate extrem de importanta intrucat structurile de pamant

pot suferi in exploatare deformatii insemnate pe care, datorita acestei caracteristici le pot prelua cu

usurinta, rezistenta la intindere pastrandu-se chiar si la alungiri insemnate.

Analiza din punct de vedere tehnic si tehnologic a realizarii unei perne de balast

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

geotehnice mai amanuntite decat la proiectarea pe terenuri obisnuite, care sa puna in evidenta stratificatia

detaliata si caracteristicile fizico-mecanice ale fiecarui strat de pamant, situatia hidrogeologica pe

amplasament (nivelul apelor subterane si limitele de variatie a acestuia) si posibilitatile de umezire a

terenului de fundare. Studiile geotehnice trebuie sa identifice cauzele care determina caracterul slab al

terenului de fundare si sa determine parametrii geotehnici aferenti, necesari proiectarii imbunatatirii

acestuia.

Procedeul si intensitatea imbunatatirii terenului slab de fundare depinde de destinatia si solutia

constructiva adoptata pentru constructia amplasata pe terenul respectiv. Efectul tehnico-economic optim

poate fi obtinut de la caz la caz, fie actionand numai prin imbunatatirea terenului slab, fie numai prin

masuri de adaptare a constructiei la comportarea terenului slab neimbunatatit sau actionand asupra

amandoura astfel incat sa rezulte o conlucrare satisfacatoare intre ele pentru comportarea constructiei in

exploatare.

Pentru realizarea pernelor, in functie de proportia fractiunilor granulare principale de bolovanis, pietris si

nisip se pot intalni materiale sub forma bolovanisului cu fractiunea dominanta 20-200mm, fara a depasi

insa 60%, restul fiind pietris si nisip,a balastului , un amestec natural de pietris cu nisip si

bolovanis,ultima fractiune nedepasind 25%,a balastului nisipos, un amestec de pietris cu nisip. In fiecare

din aceste materiale se accepta prezenta fractiunilor praf si argila circa 10%.

Granulozitatea materialului trebuie sa fie continuu, iar coeficientul de neuniformitate Un≥15. Pentru

aceeasi perna se va urmari aprovizionarea cu material extras dintr-o singura cariera. Nu este acceptata

prezenta resturilor vegetale vizibile, bucati de lemn, deseuri industriale, etc.[4]

Umiditatea balastului pus in opera se recomanda a fi egala cu 6-8% in cazul balastului nisipos si de4-

6% pentru balast.

In cazul cand terenul din baza pernei este de consistenta scazuta (moale) se recomanda ca primul strat al

pernei sa fie realizat dintr-un material cu fragmente mari, de exemplu bolovanis, piatra sparta etc.

Pentru compactarea materialului din perna se pot folosi utilaje terasiere din indicatorul de normeTs/1981,

specifice materialelor granulare si anume: compactor vibrator cu rulouri netede, tractat,

de55KN;compactor pe pneuri static, autopropulsat, de 100KN;compactor cu rulouri netede, autopropulsat,

de 100-120KN, utilizat in mod exceptional cand lipsesc primele doua utilaje.

Asternerea la grosimea stabilita a straturilor elementare, amestecarea si omogenizarea materialului se face

cu buldozerul.

Indesarea maxima ce se poate obtine pentru materialul din perna de balast depinde respectarea cu strictete

a doua cerinte:

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

indesarii maxime, numita umiditate optima de compactare (wopt ) stabilita prin incercarea Proctor;

etapele tehnologice privind grosimea straturilor asternute si numarul de treceri al utilajului sa fie

conform studiului geotehnic si proiectului lucrarii.

Indesarea maxima stabilita prin valoarea maxima a greutatii volumice a pamantului in stare uscata,γdmax,

ce poate fi atinsa numai cand energia de compactare este indusa pamantului ce poseda o umiditate optima

de compactare, wopt, depinde de tipul de pamant prin urmatoarele caracteristici: distributia

granulometrica, forma particulelor solide, greutatea volumica a scheletului si tipul de minerale argiloase

ce definesc compozitia chimicomineralogica a particulelor.

In vederea realizarii conditiilor generale de calitate se indica orientativ in tabelul 1grosimile stratului

elementar (di, dc) cat si numarul minim de treceri suprapuse cu utilajul. di = grosime strat elementar

inainte de compactare; dc= grosime strat elementar dupa compactare; n = numar minim de treceri

suprapuse cu utilajul. Pernele nu se pot executa in perioadele ploioase cand nu poate fi respectata

umiditatea optima de compactare.

Avand stabilite tipul utilajului, numarul de treceri ale utilajului, grosimea stratului elementar si umiditatea

optima de compactare, se va trece la compactarea efectiva a straturilor pana la realizarea grosimii pernei.

Controlul pe santier al calitatii umpluturilor din perna consta in efectuarea urmatoarelor determinari

pentru fiecare strat elementar:

granulozitatea balastului prin metoda cernerii conform STAS 1913/5-85 sau STAS 4606-80;

coeficientul de neuniformitate al materialului:

Un = d60%/ d10 % d60%= diametrul particulelor corespunzatoare continutului de 60% pe curba de

granulozitate;

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

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

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

gradul de indesare al balastului (STAS 9850-83); Probele pentru controlul compactarii se recolteaza

din gropi cu diametrul minim 0,30m si adancimea 0,30m sau egala cu grosimea stratului elementar

compactat. Numarul probelor de control rezulta cate una pentru fiecare strat elementar si cel putin una

la fiecare 2030 m3 de material compactat. In zonele in care conditiile de compactare sunt dificile se

vor recolta probe suplimentare.

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

prin penetrari dinamice cu con de tip PDU, dupa metodologia indicata in"Instructiuni tehnice C176-75"

Studiu de caz – realizarea fundatiei pentru Supermarketul LIDL Suceava

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

stratificatiei si a parametrilor geotehnici s-au efectuat cinci foraje combinate cu penetrari dinamice in

straturile de pamanturi necoezive. Lucrarile de teren si laborator coroborate cu interpretarea penetrarilor

conform Normativului C159-89 au stabilit ca terenul de fundare se incadreazain categoria geotehnica

2 („Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii-indicativ NP074-2007”).

Datorita existentei unei argile prafoase cu valori reduse ale parametrilor geotehnici si a unui nisip fin,

fundarea obiectului se recomanda a se realiza in stratul de nisipuri cu pietris pe radier general pozat pe un

strat de balast de 20 cm, compactat cu utilaje mecanice.

In cazul cand in proiectare rezulta o adancime de fundare deasupra stratului de nisipuri cu pietris este

necesar imbunatatirea terenului de fundare prin realizarea unei perne de balast de minim 80 cm pe care se

va poza radierul general.

Realizarea pernei de balast implica urmatoarele operatii: excavarea terenului de fundare cu 80 cmmai jos

decat cota de fundare, compactarea cu utilaje mecanice a fundului sapaturii, realizarea pernei de balast in

straturi elementare, fig.1 compactate cu utilaje mecanicefig.2, asigurandu-se un grad de compactare de

minim 98% conformat de un laborator de specialitate fig.3. Se vor utiliza agregate cu granulozitate

continua 0–63 mm, iar evazarea pernei fata de fundatie va fi egala cu inaltimea ei.

La partea superioara a pernei de balast se va putea lua in calcul o presiune conventionala pconv =250

KPa in gruparea fundamentala a incarcarilor si un coeficient de pat ks=4,3 daN/cm3.

Concluzii

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

vedere economic, iar tehnologia de executie este relativ simpla.

Metodele de imbunatatire a proprietatilor geomecanice ale terenurilor de fundare si a tehnicilor si

tehnologiilor privind aplicarea lor in practica cunosc o dezvoltare permanenta pentru a obtine performante

sporite la costuri relativ accesibile pentru beneficiar. Cercetarile in domeniu sunt orientate atat in directia

realizarii de echipamente tehnice performante cat si spre crearea de noi materiale care sa sporeasca

calitatile terenului imbunatatit in paralel cu o mare durabilitate si fara o depreciere a mediului

înconjurător.

Metoda prezentata este una dintre cele mai eficiente si frecvent folosite, care ajuta la cresterea pe unitate

de volum a continutului de faza solidă in scopul reducerii porozitatii respectiv a cresterii starii deindesare.

BIBLIOGRAFIE

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

Junimea Iasi 2002

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

3. Anghel Stanciu; Irina Lungu,Fundatii,Editura Tehnică București 20054. P7/2000 – Normativ pentru fundarea construcțiilor pe pământuri sensibile la umezire5. Iacint Manoliu- Fundatii si procedee de fundare Editura Didactica si pedagogica, Bucuresti

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

1982