«

»

Impactul realizarii constructiilor in excavatii adanci asupra cladirilor existente in vecinatate (II). Determinarea practica a zonei de influenta a unei constructii si a interactiunii cu structurile existente

Share

(urmare din numarul 33)

 

Componentele principale ale tasarilor induse in teren de realizarea unei constructii

 

Pentru rezistenta si stabilitatea unei constructii existente in zona de influenta a unei structuri noi, sunt semnificative marimea si evolutia in timp a tasarilor (deplasarilor verticale) induse in terenul de fundare de noua constructie.

In cele mai frecvente cazuri, tasarile suplimentare „s“ provocate de executia si incarcarea noii structuri, in terenul adiacent, sunt constituite din urmatoarele componente principale:

s = s1 + sH + s2                          (1)

in care:

s1 – tasari cauzate de executia excavatiilor;

sH – tasari provocate de schimbarea regimului apelor subterane (epuismente, ecranare etc.);

s2 – tasari datorate incarcarii transmise la teren de noua constructie.

Desigur, in situatii particulare, in legatura cu terenul de fundare sau cu modul de exploatare a noii constructii pot aparea si alti factori de influenta (umezirea straturilor sensibile la umezire, afectarea stabilitatii generale a terenului, efecte dinamice etc.).

In continuare, sunt descrise cateva metode simplificate pentru evalua­rea componentelor tasarii din relatia (1), precum si rezultatele aplicarii unor metode mai perfectionate de calcul. Se prezinta datele concrete obtinute pentru cateva situatii proprii conditiilor geotehnice ale orasului Bucuresti.

 

Metode simplificate pentru evaluarea zonei de influenta Si a tasarilor in cuprinsul acesteia

Tasari datorate deformarii lucrarilor de sprijinire – componenta s1

a) Sprijiniri incastrate in baza sapaturii (fara spraituri). Acest sistem de sustinere este justificat, in conditiile geotehnice din Bucuresti, pentru constructiile cu 1 – 2 subsoluri, cand excavatia (cu adancimea Df < 5 – 6 m) nu coboara sub nivelul apei subterane (fig. 1). Sprijinirea poate fi realizata din siruri de piloti (cvasitangenti, cu interspatii) sau de tip „berlinez“ (fig. 1).

Prisma de pamant care produce presiunea activa „Pa“ pe sprijinire delimiteaza si zona de influenta a excavatiei (distanta Li).

Pentru asigurarea incastrarii in baza sapaturii, trebuie realizata mobi­lizarea rezistentei pasive Pp (sau a unei fractiuni a acesteia – in vederea limitarii deformatiilor).

Se cunoaste faptul ca deplasarea peretelui spre masiv, pentru mobilizarea integrala a valorii Pp, este relativ mare, chiar pentru pamanturi compacte: intre 0,05 Dp si 0,10 Dp conform recomandarilor din norma europeana [1]. In schimb, pentru mobilizarea unei rezistente egale cu 0,5 Pp sunt necesare deplasari mult mai mici df = (0,01 – 0,02) Dp.

Avand in vedere ca tasarea „s” a suprafetei terenului adiacent exca­vatiei depinde de deplasarea orizontala maxima a peretelui dmax, apare rational sa se limiteze df la situatia corespunzatoare mobilizarii partiale a presiunii pasive (cel mai frecvent la 0,5 Pp).

Observatiile realizate asupra unui nou numar de excavatii sprijinite arata ca, in mod acoperitor, se poate accepta dependenta [2]:

S1 max 0,5 dmax

In exemplul din fig. 2, se arata ca tasarea maxima calculata a terenului in imediata vecinatate a sprijinirii este S1 max 35 mm si ea scade liniar pana la limita zonei de influenta. In mod curent, asemenea valori ale tasarii nu pot fi acceptate pentru constructii existente, avand fundatii de suprafata in apropierea excavatiei.

b) Sprijiniri rezemate (spraituite) la partea superioara.

La acest procedeu de executie se recurge tocmai pentru a reduce tasarile in imediata vecinatate a excavatiei si pentru a imbunatati comportarea statica a elementelor sprijinirii prin micsorarea semnificativa a momentelor incovoietoare.

Din exemplul aratat in fig. 3, unde dmax 0,005 Dp, conform tabelului C2 din standardul indicat [1], rezulta ca tasarile calculate la supra­fata terenului adiacent sunt cu mult inferioare celor prezentate in fig. 2.

Efectul coborarii nivelului hidrostatic – componenta sH

Lucrarile de epuisment, inerente in cazul excavatiilor care coboara sub nivelul hidrostatic, produc scaderi ale cotei apei subterane in afara conturului excavatiei, daca incinta nu este etansa si nu patrunde cu baza intr-un strat impermeabil.

Coborarea nivelului hidrostatic are drept efect cresterea presiunii geologice in straturile situate sub cota initiala a apei subterane, deoarece greutatea volumica a pamantului in zona de variatie a nivelului apei creste de la valori yó10 kN/m3 (in stare submersata) la y = 18 – 20 kN/m3.

Aceasta marire a eforturilor verticale conduce la tasari suplimentare ale straturilor pe o adancime apreciabila; in cazul straturilor argiloase, aceste tasari de consolidare evolu­eaza in timp pe durata multor luni (in functie de grosimea stratului argilos si de durata de mentinere a lucrarilor de epuisment).

In fig. 4 se prezinta doua situatii frecvente pentru orasul Bucuresti.

• In cazul unei excavatii care patrunde 1 – 3 nu sub nivelul hidrostatic apare rationala realizarea unor pereti de incinta de mica profunzime (neincastrati in stratul argilos impermeabil) si un epuisment din primul strat acvifer. Pentru o denivelare medie DH1 2 m, rezulta in zona adiacenta excavatiei – o crestere a presiunii geologice in straturile situate sub cota -6,0, egala cu Dsgó = 20 kPa, ceea ce conduce la o tasare a terenului sH 8 mm.

• In cazul unor excavatii adanci (pentru constructii cu 4 – 6 subsoluri), excavatia patrunde in stratul argilos impermeabil (ca incinta etansa – reprezentata prin linii intrerupte in fig. 4), dar, din cauza subpresiunii exer­citate la partea inferioara a acestuia de apa cantonata in al doilea strat acvifer (de regula NHII NHI), devine necesara realizarea unor pompari de adancime.

In exemplul aratat in fig. 4, in urma depresionarii stratului de nisip de Mostistea, se produce o crestere a eforturilor verticale in straturile initial submersate corespunzatoare deni­velarii DHw = 15 m; deci Dsgó  = 150 kN. Calculand sporurile de tasare in stra­turile cuprinse in zona activa (pana la adancimi de 30 m) rezulta urmatoarele valori:

• stratul 2, intre adancimile de 6 si 15 m – Ds 10 mm;

• stratul 3, intre 15 si 22 mm –  Ds 30 mm;

• stratul 4, intre 22 si 30 mm – Ds 10 mm.

Deci tasarea maxima in apro­pierea incintei poate atinge valori sH 50 mm, daca epuismentul va fi de lunga durata (ceea ce ar permite consumarea integrala a tasarilor de consolidare in stratul argilos).

Ca exemplificare, in fig. 5 se prezinta rezultatele partiale ale masuratorilor de tasare la cladirile invecinate incintei pentru infrastructura constructiei Bucharest Tower Center (fosta Industrialexport). Epuismentul principal s-a realizat din acviferul II (nisip fin de „Mostistea“) cu debite de cca 50 l/s pe o durata de peste un an si jumatate. Deoarece lucrarile de constructie la acest obiectiv au stagnat in intervalul 1998-2005, masuratorile de tasare nu s-au desfasurat pe toata perioada de functionare a epuismentelor. Totusi, tasarile inregis­trate pe cladiri situate la distante de 10 – 20 m de la incinta sunt semnificative; trebuie men­tionat ca ele s-au produs in con­ditiile in care sistemul de fundare al tur­nului nu a fost, practic, incarcat [3].

 

Efectul incarcarii noii constructii – componenta s2

Incarcarea transmisa de sistemul de fundare al noii constructii produce deformatii in terenul de fundare, care se extind in afara amprizei acesteia. In fig. 6 este prezentat, orientativ, volumul de pamant in care eforturile verticale de compresiune conduc la tasari semnificative pentru cazurile curente. Desigur, marimea acestui „bulb de influenta“ variaza in functie de presiunea „p“ transmisa de noua fundatie si de parametrii de deformabilitate ai straturilor.

Metodele actuale de calcul permit evaluarea cu o acuratete accep­tabila, a tasarilor provocate de noua structura, tinand seama si de influenta adancimii de fundare, de prezenta pilotilor (in cazul sistemelor de fundare mixte – „radiere pilotate“) etc.

 

Metode perfectionate pentru calculul deformatiilor terenului in fazele de excavatii Si de incarcare

Deformatiile care se produc in terenul de fundare in urma conlucrarii peretelui de sustinere cu masivul de pamant, in diferite faze de realizare a excavatiei si de spraituire a sprijinirii, precum si in urma descarcarii cauzate de excavatii si a incarcarii transmise de noua constructie, pot fi evaluate cu ajutorul modelelor de calcul acceptate in mecanica pamanturilor.

Pentru lucrari mai complexe, autorii au utilizat programe de calcul bazate pe metoda elementelor finite [4, 5], pamantul a fost modelat ca un masiv elastoplastic (acceptand criteriul de cedare Mohr-Coulomb, cu parametrii rezistentei la forfecare fsi c).

Comportarea terenului in domeniul de deformare lineara este caracterizata prin valorile modulului de deformatie E in faza de incarcare si a modulului E in fazele de descarcare si de reincarcare.

Incarcarile de proba pe placa si masuratorile deformatiilor efective ale unor lucrari de sprijinire realizate (a se vedea si cap. urmator „Masuratori efectuate si calibrarea parametrilor geotehnici“) au aratat ca, pentru straturile caracteristice terenului de fundare din zona orasului Bucuresti, se pot accepta in calcul urmatoarele valori ale modulului de deformatie liniara la decomprimare/ recomprimare [5]:

• pentru stratul de nisip cu pietris („Colentina“): E = (2÷3) E;

• pentru stratul de argila „intermediara“: E = (2÷2,5) E.

Metodele de calcul care modeleaza etapele succesive de excavare, montare a sprijinirilor si de incarcare a terenului cu sarcina noii constructii permit atat evaluarea eforturilor si a deformatiilor in structura de susti­nere, cat si a deplasarilor in terenul adiacent (deci a tasarilor provocate in zonele invecinate).

Aceasta da posibilitatea proiectantului sa „corecteze“ eventualele tasari excesive prin interventii asupra peretelui de sustinere (modificarea rigiditatii, a punctelor de rezemare, precomprimarea spraiturilor, etc.).

In fig. 7se prezinta cazul excavatiei adanci pentru o constructie proiectata in imediata vecinatate a cladirii Academiei de Stiinte Economice.

In cazul sustinerii peretelui de incinta din piloti secanti numai cu spraituri „pasive“ (care doar blocheaza deplasarea orizontala la nivelul considerat in momentul montarii), rezultau, in fazele finale de excavare – deplasari orizontale ale peretelui dmax = 50 mm, ceea ce ar fi condus la tasari ale suprafetei terenului adiacent smax 25 mm.

Evident, asemenea tasari nu puteau fi acceptate pentru fundatiile cladirii ASE (in special a corpului vechi).

Drept urmare, s-au incercat diverse variante de precomprimare a celor trei niveluri de spraituri pentru a reduce deplasarile orizontale ale peretelui de sustinere (si implicit tasarile constructiei invecinate), fara o marire excesiva a eforturilor in perete.

In diagramele din fig. 7,se pre­zinta variatia deplasarilor peretelui pentru cele patru etape succesive de excavare („exc. 1 – 4“) intre care se intercaleaza fazele de precomprimare ale celor trei niveluri de spraituri („forta 1 – 3“); urmeaza apoi turnarea radierului („blocare radier“) si incarcarea radierului cu noua constructie („q radier“).

Din diagrama tasarilor antecalculate ale suprafetei terenului adiacent, se remarca faptul ca acestea nu depasesc valori s = 3 – 5 mm (si au un caracter relativ uniform); in urma aplicarii incarcarii integrale a noii con­­structii, tasarea maxima a supra­fetei terenului devine smax = 14 mm, iar efectul acesteia se atenueaza sensibil la distante de 10 – 12 m de la peretele de incinta.

 

Bibliografie

[1] SR EN 1997-1 (mai 2006). Eurocod 7, Proiectarea geotehnica. Partea 1: Reguli generale.

[2] Société Canadienne de Géotechnique, Manuel Canadien d’ingénieurie des foundations – Second édition, 1994.

[3] Dubina D., Dinu F., Stratan A., Marcu A., Marcu D., Coman M., „Probleme specifice proiectarii unei cladirii inalte cu structura metalica. Partea a II-a. Studiu de caz; Cladirea Bucharest Tower Center“. Buletinul AICPS Nr. 2/2006.

[4] Popp T., Marcu A., Marcu D., Coman M., „Cladirea de birouri din Piata Charles de Gaulle. Proiectare si executie“ – Buletinul AICPS Nr. 4/2003 – 1/2004.

[5] Marcu A., Popa H., Borsaru I., Dumitrescu F., „Calcule si masuratori de deformatii si de deplasari la o incinta adanca din pereti mulati si la constructiile invecinate“ – Lucrarile celei de a X-a Conferinte Nationale de Geotehnica si fundatii, vol. II, Bucuresti, 2004.

(continuare in numarul viitor)

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 34 – ianuarie-februarie 2008

 

 

Autori:
prof. dr. ing. Anatolie MARCU,
conf. dr. ing. Horatiu POPA – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti,
ing. Dragos MARCU,

ing. Madalin COMAN, ing. Andrei VASILESCU, ing. Daniela MANOLE – SC Popp & Asociatii SRL Bucuresti



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2008/02/28/impactul-realizarii-constructiilor-in-excavatii-adanci-asupra-cladirilor-existente-in-vecinatate-ii-determinarea-practica-a-zonei-de-influenta-a-unei-constructii-si-a-interactiunii-cu-structurile-e/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.