«

»

Cauzele pierderii stabilitatii unei sapaturi generale la o constructie pentru birouri

Share

casca_protectieIn lucrare se analizeaza cauzele care au condus la pierderea stabilitatii malului vertical al unei excavatii adanci, mal sprijinit cu piloti forati distantati. Excavatia de 8,95 m adancime a fost necesara pentru doua niveluri de parcare subterana. Pilotii pentru sprijinirea sapaturii au avut diametrul de 600 mm, lungimea de 11,00 m si au fost executati prin forare, din beton armat. Principala cauza care a declansat prabusirea peretelui de sprijin a fost cresterea excesiva a umiditatii pamantului, datorata conductelor avariate din zona. 

ASPECTE GENERALE

Amplasamentul constructiei cu destinatie de birouri, cu regim de inaltime 2S+P+8E, este in Timi­soara, pe un perimetru marginit de Calea Aradului – latura Vest, str. Demetriade – latura Sud, si laturile Est si Nord, unde limita de proprietate se invecineaza cu parcarea de la Mall.

Stratificatia terenului, pusa in evidenta de doua Studii geotehnice executate pe amplasament, este:

  • ± 0,00 … -1,50 m – umplutura eterogena;
  • -1,50 … -8,10 m – pachet de argila prafoasa vartoasa;
  • -8,10 … – 9,20 m – argila nisipoasa vartoasa;
  • – 9,20 in jos – nisip argilos saturat, neepuizat in forajul condus pana la -10,00 m.

Apa subterana a fost interceptata la -2,40 m si -2,80 m, cu posibilitate de nivel maxim la -2,00 m.

Obiectul Stu­diilor geotehnice a fost stabilirea conditiilor de fundare pentru constructie si nu identificarea surselor de risc geotehnic, care se impune la realizarea excavatiilor adanci in mediu urban.

Incadrarea lucrarii in categoria de risc geotehnic [2] s-a facut in functie de:

  • conditiile de teren: medii;
  • apa subterana: excavatia coboara sub nivelul apei subterane, necesitand epuismente exceptionale;
  • clasa de importanta a constructiei: normala;
  • vecinatati: risc major;
  • zona seismica de calcul in care este amplasata constructia: Timisoara, cu ag = 0,16 si Tc = 0,7 s.

Conform Normativului NP 074-07 [2], lucrarea se inscrie in categoria geotehnica 3 cu risc mare.

Tinand seama de adancimea excavatiei, Normativul NP 120-06 [4] incadreaza excavatia la lucrare cu carac­ter special, unde, pe intreg parcursul lucrarii, de la fazele preliminare de proiectare si pana la finalizarea executiei, beneficiarul poate apela la serviciile unui expert autorizat pentru domeniul Af, pentru diferite faze ale lucrarii:

  • faza preliminara de proiectare, in care expertiza geotehnica are ca principal obiectiv identificarea sur­selor de risc geotehnic, asociate cu diferite solutii ce pot fi avute in vedere;
  • faza de proiect tehnic sau proiectul in faza unica, in care expertiza geotehnica trebuie sa evalueze corectitudinea solutiei adoptate fata de riscurile geotehnice identificate;
  • faza de executie a lucrarii, in care expertiza geo­teh­nica stabileste masura in care conditiile de teren intalnite sunt in concordanta cu cele recunoscute prin cercetarea terenului de fundare si necesitatea adaptarii proiectului sau tehnologiei de executie la aceste conditii, in vederea reducerii riscului la un nivel acceptabil.

Cu toate ca lucrarea s-a inscris in categoria geoteh­nica 3 cu risc mare si cu caracter special, nu s-a apelat la serviciile unui expert tehnic Af decat dupa prabusirea unei laturi a excavatiei, de catre agentia la care a fost asigurata lucrarea.

Constructia care se executa pe amplasament are doua niveluri de subsol, cu destinatie parcare subterana, fapt ce a necesitat realizarea unei excavatii adanci sub forma de sapatura generala.

Elementele geometrice ale excavatiei s-au stabilit in functie de adancimea de fundare -8,65 m fata de CTN, tipul fundatiei – radier general dreptunghiular – grosimea hidroizolatiei si spatiu perimetral pentru desfasurarea activitatii constructorului, rezultand:

  • adancimea sapaturii fata de CTN: 8,95 m;
  • dimensiunile radierului: 28,10 m x 31,10 m;
  • dimensiunile bazei sapaturii: cca 31,00 m x 33,50 m.

Strategia de asigurare a stabilitatii excavatiei a fost adoptata in functie de pozitia constructiei fata de veci­natati, de natura terenului si de factorii de risc identificati.

Pe laturile Sud si Est, distanta fata de vecinatati fiind mare, s-a adoptat sapatura cu taluz in trepte, iar pe laturile Nord si Vest, distanta fiind redusa, s-a preconizat sprijinire cu pereti ingropati din piloti forati din beton armat, distantati, cu diametru f600 mm si lungimea 11,00 m.

Pentru realizarea pilotilor forati s-a executat o platforma de lucru pentru utilaj, la adancimea de 1,15 m fata de CTN. S-au executat 26 de piloti pe latura Vest – Calea Aradului – la distanta interax de 1,20 m si 30 de piloti pe latura Sud spre parcarea de la Mall, la distanta interax de 1,10 m.

Pilotii de pe un sir s-au solidarizat cu cate o grinda de 60 cm x 60 cm.

Sapatura generala s-a executat prin excavare meca­nica, cu coborarea nivelului apei subterane cu sase puturi filtrante dispuse perimetral, cate doua pe latura lunga si cate unul pe cea scurta, apa pompata fiind dever­sata in conducte de canalizare – ape meteorice.

Materialul rezultat din sapatura a fost transportat si depozitat in afara incintei santierului, pentru a nu incarca suplimentar terenul in vecinatatea sapaturii.

Dupa realizarea sapaturii si executarea partiala a hidroizolatiei, in noaptea de 14/15 decembrie 2007, pere­tele de sprijin latura Vest a cedat, pilotii fiind dislocati, rupti si cazuti in groapa de fundatie.

Odata cu cedarea pilotilor s-a surpat pamantul, pe o latime de cca. 2,50 m, antrenand cablurile si producand avarii la unele conducte.

Pentru prevenirea altor fenomene de instabilitate s-au facut remedieri la conducta de apa potabila fisurata, s-au luat masuri pentru sustinerea sapaturii malului latura Vest cu sprijiniri din lemn si ancorarea sirului de piloti latura Nord si executarea unei umpluturi de cca. 4,0 m inaltime in fata pilotilor, majorand, in acest fel, rezistenta pasiva a pamantului.

SURSELE DE RISC IDENTIFICATE PE AMPLASAMENT

La excavatiile adanci in zone urbane, exista o diversitate mare de surse de risc, unele dintre ele putand fi identificate si evaluate in cadrul unor cercetari geo­tehnice si hidrogeologice specifice, care nu au fost soli­citate de beneficiar, iar altele aproape imposibil de identificat, sau chiar imprevizibile.

Surse de risc generate de pozitia amplasamentului

Pozitia constructiei fata de vecinatati a impus o parte din elementele geometrice ale excavatiei, respectiv sapatura verticala pe doua dintre laturi.

Artera de circulatie rutiera pe Calea Aradului, in zona respectiva, este cu trafic intens si partial greu – troleibuze, autobuze etc. – in ambele sensuri, care, dupa amplasamentul constructiei, se imparte pe trei artere: Calea Torontalului, Calea Aradului si Calea Lipovei.

Presiunea din structura rutiera si solicitarile dinamice din trafic transmise terenului au avut efect defavorabil asupra stabilitatii peretelui excavatiei.

Existenta retelelor subterane, pozitionate pe planul de situatie de catre detinatorii acestora, precum si a unor conducte abandonate – dezafectate – au influentat, in mare masura, declansarea si caracteristicile fenomenului de instabilitate.

Declansarea prabusirii peretelui excavatiei a fost favorizata de pierderea de apa potabila din conducta f500 mm fisurata si de apa deversata din conducte de canalizare parasite, nefunctionale, care, avariate in timp, cu multiple gauri, au lucrat ca niste tuburi de dren.

Cu cateva zile inaintea producerii evenimentului, s-au observat desprinderi superficiale de pamant in dreptul unui grup de sapte piloti, in spatele carora era conducta de apa fisurata.

Alimentarea continua a terenului cu apa a dus la imbibarea acestuia si implicit la reducerea caracteristicilor mecanice de forfecare si compresibilitate.

La sursele de risc prezentate mai sus s-au adaugat si precipitatiile cazute in luna noiembrie 2007, mai mari cu 41 % fata de normalul acestei luni, iar in perioada 1…14 dec. au reprezentat 50% din precipitatiile cores­punzatoare intregii luni, conform adresei ANM, Centrul Meteorologic Regional Banat-Crisana.

Surse de risc generate de caracteristicile geometrice ale excavatiei

Elementele geometrice ale excavatiei sunt caracteris­tice unei excavatii de volum mare, cu suprafata medie in plan 34,0 m x 37,0 m si adancimea de 8,95 m fata de CTN.

Adancimea este foarte mare, avand in vedere Normativul NP 120-06 [4], care considera sapaturi adanci in mediu urban excavatiile cu adancime mai mare de 3,0 m.

Cu cat adancimea sapaturii este mai mare, cu atat cresc dificultatile de executie si riscurile pentru lucrarea in sine si vecinatati.

Sursele de risc generate de terenul de fundare

Necunoasterea terenului de fundare pe adancime suficienta, prevazuta de Normativul NP 074-07 [2], a constituit un risc major in conceperea sistemului de sprijinire a malurilor verticale ale sapaturii.

Nivelul apei subterane, cu cca. 5,50 m deasupra nivelului sapaturii, sporeste sursele de risc, din cauza gradientului hidraulic, in conditiile existentei unui pachet de nisipuri inclusiv fine, evidentiate cu ocazia executarii pilotilor peretelui de sprijin, care au putut fi antrenate, conducand la scaderea gradului de indesare a stratului respectiv.

Relaxarea terenului la cota finala a sapaturii, ca urmare a indepartarii sarcinii geologice, a condus, de asemenea, la inrautatirea proprietatilor mecanice ale pamantului, respectiv la scaderea rezistentei la forfecare si la cres­te­rea deformabilitatii.

Sursele de risc provenite din proiectarea excavatiei

La proiectarea excavatiilor adanci in mediu urban trebuie sa se tina seama de sursele de risc, existand pericolul ca unele dintre ele sa nu fie identificate, fie din lipsa unor investigatii specifice, ca in cazul de fata, fie din cauza caracterului ascuns si imprevizibil al acestora.

Solutia de asigurare a stabilitatii excavatiei a fost legata de spatiul disponibil dependent de vecinatati. Astfel, pe laturile Est si Sud s-a executat sapatura in taluz, iar pe laturile Vest si Nord, sapatura verticala sprijinita cu pereti ingropati din piloti distantati in consola, solutia cea mai simpla si mai putin costisitoare.

Conform Normativului NP 013-04 [3], peretii din piloti cu interdistante in consola se recomanda pentru adancimi ale excavatiei de maximum 5,0 m, din cauza adancimii de incastrare mari, pentru asigurarea stabili­tatii si cu distante interax D+100 mm, D fiind diametrul pilotului forat.

Fata de distanta recomandata de Normativ, pe latura Vest distanta interax a fost de 1.200 mm, iar pe latura Sud de 1.100 mm. In aceste conditii, sirul de piloti de pe laturile excavatiei nu a putut fi considerat perete ingropat din cauza distantei prea mari dintre piloti si la care stabi­litatea trebuie asigurata de rezistenta pasiva a terenului, mobilizata pe portiunea incastrata in teren a pilotului, de la nivelul sapaturii pana la varful acestuia.

Inaltimea libera a pilotilor a fost de 8,10 m, iar portiunea ingropata de 2,90 m, mult prea putin pentru asigurarea stabilitatii lor.

Grinda de rigidizare de pe capul sirului de piloti, pe cele doua laturi, nu a modificat modul de rezemare, ci a asigurat conlucrarea dintre acestia, nerecomandata in situatia de fata.

Verificarea adancimii de incastrare de 2,90 m, adoptata, s-a facut prin calcul simplificat, in baza Normativului NP 013-04 Anexa F [3], rezultand ca nivelul la care se face egalarea impingerii active cu rezistenta pasiva este a = 6,33 m, adancimea de incastrare necesara fiind mai mare de aceasta valoare.

Tinand seama de cele prezentate, pilotii forati pot fi considerati elemente de ranforsare pentru fenomene de instabilitate de suprafata.

Ranforsarea malului sapaturii s-a dovedit a fi eficienta, pana cand a avut loc o crestere excesiva si locala a continutului de apa, din cauza celor prezentate la pct. 2.1.

CONCLUZII

Din cele prezentate, cu privire la pierderea stabilitatii malului sustinut cu piloti forati, este relevanta lipsa cercetarii geotehnice speciale pentru lucrarea in cauza.

Sursele de risc care au concurat la producerea evenimentului pot fi sintetizate astfel:

  1. Identificabile inainte de eveniment:
  • vecinatatea cu Calea Aradului, artera de circulatie cu trafic intens si partial greu;
  • presiunea din structura rutiera si solicitarile dinamice transmise terenului;
  • existenta retelelor subterane in zona;
  • nivelul ridicat al apei subterane, cca. 5,50 m fata de cota sapaturii;
  • relaxarea terenului la cota finala a sapaturii in urma indepartarii sarcinii geologice care, alaturi de efectul hidrodinamic al apei, conduc la inrautatirea proprietatilor mecanice ale pamanturilor;
  • ranforsarea sapaturii cu piloti forati in loc de sprijinire, adancimea de incastrare a pilotilor nefiind suficienta si distanta dintre piloti, prea mare.
  1. Identificate dupa eveniment:
  • alimentarea continua cu apa a masivelor de pamant din spatele sirului de piloti, din cauza fisurii in conducta de apa potabila;
  • alimentarea continua cu apa a masivului de pamant de catre conductele vechi dezafectate, care au lucrat ca niste tuburi de dren;
  • ridicarea nivelului apei, in groapa sapata, cu cca. 1,0 m, fara interventie rapida de evacuare;
  • rigidizarea cu grinda a sirului de piloti, care a condus la antrenarea intregului sir in evenimentul de pierdere a stabilitatii, desi principalele cauze au fost locale, putand afecta doar un grup de 7 – 8 piloti din zona.

Fata de cele mentionate, pe langa sursele de risc, au existat si actiuni benefice ale vecinatatilor, care au condus la diminuarea volumului masivului de pamant care si-a pierdut stabilitatea, astfel:

  • structura rutiera, prin rigiditatea ei, n-a permis formarea unei suprafete de alunecare in masivul de pamant, iar fortele de frecare, la contactul cu terenul de fundare, s-au opus deplasarii acestuia;
  • retelele si conductele in functiune si cele dezafectate au avut rol de armatura in masivul de pamant, care nu s-a mai compactat ca un mediu dispers.

BIBLIOGRAFIE

  1. Gruia, A., Toma, A., Tudor, D., Expertiza tehnica a lucrarilor de asigurare a stabilitatii malurilor la sapaturi adanci la executarea structurii de rezistenta a cladirii cu destinatie birouri — Calea Aradului, Nr. 8, Timisoara, 2000;
  2. NP 074 – [2007]. Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii;
  3. NP 013 – [2004]. Normativ privind proiectarea, executia, monitorizarea si receptia peretilor ingropati;
  4. NP 120 – [2004]. Normativ privind cerintele de pro­iectare si executie a excavatiilor adanci in zone urbane. 

Autor:
prof. univ. dr. ing. Agneta Gruia – Universitatea Politehnica Timisoara, Facultatea de Constructii, Departamentul de Cai de Comunicatii Terestre, Fundatii si Cadastru 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 126 – iunie 2016, pag. 36

 



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/2016/06/01/cauzele-pierderii-stabilitatii-unei-sapaturi-generale-la-o-constructie-pentru-birouri/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.