«

»

Calculul peretilor mulati pentru o incinta cu adancimea excavatiei de 15,0 m, utilizand programul Plaxis 3D Foundation

Share

Dezvoltarea continua a oraselor a condus la necesitatea sporirii locurilor de parcare. Din considerente economice si arhitecturale majoritatea parcarilor se executa subteran, in timp ce nivelurile supraterane sunt destinate spatiilor de birouri si locative.

Necesitatea realizarii unei excavatii adanci pentru construirea a patru niveluri de subsol cu destinatia parcare, la o cladire cu birouri, a impus proiectarea unei incinte cu pereti mulati.

Principala problema la proiectarea si executia excavatiilor adanci in zone urbane este cerinta de evaluare si limitare a deplasarilor terenului, impusa de prezenta in imediata vecinatate a unor constructii si utilitati. Reducerea la maximum a deplasarilor orizontale este impusa si de dimensiunile subsolului cladirii ce urmeaza a se realiza in incinta creata, in cazul analizat cladirea intrand in contact cu peretii mulati.

 

In cadrul proiectului s-a dimensionat o incinta din pereti mulati executati din beton armat monolit, cu o grosime de 0,80 m. Peretii au o inaltime de 25,00 m, din care 14,45 m reprezinta inaltimea excavatiei iar 10,55 m adancimea de incastrare. Peretii mulati sunt sprijiniti, pe patru niveluri, cu spraituri metalice. Spraiturile sunt dispuse la urmatoarele cote (cotele sunt masurate in axul spraiturilor): -3,35 m, -6,15 m, -9,05 m si -11,85 m.

Proiectarea si executia unei incinte etanse din pereti mulati impune respectarea urmatoarelor:

  • stabilirea corecta a caracteristicilor fizico-mecanice ale stratificatiei terenului;
  • aprecierea cat mai exacta a incarcarilor existente pe terenul din jurul viitoarei incinte;
  • alegerea unor ipoteze de calcul cat mai apropiate de realitate, care sa permita stabilirea atat atensiunilor in pereti si in terenul din vecinatate, cat si a deformatiilor peretilor si terenului;
  • pozitionarea si dimensionarea corecta a spraiturilor;
  • etapele de executie a excavatiilor si de introducere a spraiturilor;
  • analizarea modului in care are loc transferul incarcarilor din spraituri la structura cladirii;
  • urmarirea atentasi profesionista a evolutiei deformatiilor terenului din jurul incintei, anivelului apei din panza freaticasi a eventualelor deplasari ale constructiilor situate in imediata vecinatate a excavatiilor.

In situatia analizata s-a urmarit ca deformatiile peretilor mulati sa fie foarte mici, avandu-se in vedere faptul ca peretii exteriori ai celor patru niveluri de subsol ale cladirii urmeaza sa intre in contact direct cu peretii mulati.

Despre stabilirea corecta a caracteristicilor fizico-mecanice ale stratificatiei terenului se pot face numeroase comentarii, in cele mai multe cazuri investitorii acordand sume mult mai mici decat cele necesare pentru intocmirea studiilor geotehnice. Acest fapt se concretizeaza printr-o evaluare aproximativa a caracteristicilor terenului. In cazul analizat, pentru a aprecia corect valorile indicilor geotehnici luati in calcul, a fost necesar sa se apeleze la studiile geotehnice efectuate pentru alte constructii din vecinatate. Desigur, un rol important il va avea si recoltarea de probe de pamant din excavatiile pentru primul panou din cadrul peretilor mulati.

 

TEHNOLOGIA DE EXECUTIE

Peretii mulati folositi ca structuri de sprijin si de etansare impotriva apei subterane sunt din ce in ce mai utilizati in prezent.

Tehnica executiei peretilor mulati este destul de cunoscuta; ea a fost dezvoltata in anii `60, in principal in Germania, Franta si Italia, cand s-a preluat sistemul de la utilizarea suspensiei de bentonita in industria petrolului si gazelor la forajele de adancime.

Peretii mulati sunt elemente structurale subterane folosite ca structuri de sprijin, sisteme de fundatie si/sau ca bariera impotriva apei subterane.

Majoritatea peretilor mulati sunt executati pana la adancimi intre 15,00 m si 30,00 m. Grosimea peretelui variaza de la 0,40 m pana la 3,20 m, in functie de cerintele proiectului.

Tehnica de executie a peretilor mulati se bazeaza pe excavarea si betonarea individuala a unor panouri, adiacente unul de altul in subteran. Panourile sunt executate prin excavarea unui sant folosind un fluid suport (de obicei, o suspensie coloidala de bentonita), cu o densitate mai mare in comparatie cu apele subterane, in scopul de a stabiliza santul excavat. Atunci cand se atinge adancimea proiectata de excavare, inainte de armare, fluidul de sprijin se inlocuieste cu un fluid de sprijin in stare proaspata sau regenerata, care este introdus in sant. Panoul este betonat de jos in sus, odata cu deplasarea fluidului de sprijin, care este pompat.

Excavarea panourilor se executa, in prezent, cu ajutorul unei macarale grele si a unui echipament tip graifer sau a unei hidrofreze. Echipamentele de sapat pot fi impartite in graifere hidraulice si mecanice, operate si coborate in sant prin intermediul unui cablu si a unui brat telescopic. Discontinuitatea procesului de excavare cu utilajele tip graifer este considerata a fi un dezavantaj al tehnicii, deoarece hidroforeza este capabila sa excaveze si sa transporte pamantul in acelasi timp.

Imbinarile dintre panouri necesita o atentie deosebita, deoarece articulatiile care se creeaza intre ele sunt slabe la transferul de eforturi de forfecare si in acelasi timp, sunt conductoare de umiditate prin transfer. Suprafata panourilor din beton este, pentru o perioada de timp, in contact cu fluidul suport, pana cand fluidul de sprijin este ridicat de betonul proaspat. Fluidul de sprijin nu poate fi inlocuit, in totalitate, cu beton si prin urmare, panourile sunt considerate obiecte constructive individuale; peretele nu poate fi considerat o constructie monolita iar articulatiile sunt susceptibile la infiltratii de apa si la deformatii. In scopul reducerii sensibilitatii la trecerea apei si pentru a creste rezistenta la forfecare in articulatii, pot fi folosite dispozitive de capat comune pentru doua panouri. Acestea trebuie sa raspunda la cateva cerinte de baza:

  • imbinarea sa fie etansa;
  • articulatia sa fie capabila sa transfere forfecarea intre panourile alaturate;
  • fizic, capatul de oprire (tubulatura metalica) nu trebuie sa distruga, la extragere, betonul din
    panoul anterior si pe de alta parte, sa permita excavarea panoului adiacent;
  • infiltratiile sa fie cat mai mici;
  • dispozitivele de capete sa reziste la presiunile inalte transmise de beton, fara a se deforma;
  • pe suprafata betonului nu trebuie sa se depuna bentonita (sau alte materiale) iar dispozitivul de capat trebuie sa permita curatirea si indepartarea materialului rezidual de pe suprafetele de beton intarit;
  • articulatia sa fie realizata prin metode si echipamente simple.

 

NOTE DE CALCUL

Proiectarea incintei de pereti mulati s-a efectuat cu ajutorul programului Plaxis 3D Foundation, program bazat pe metoda elementelor finite (MEF) [2]. S-a preferat folosirea MEF deoarece aceasta permite modelarea fidela a terenului, a peretelui de sprijin, precum si a etapelor de executie. Utilizand MEF se pot face estimari privind deplasarile peretelui, marimea eforturilor in perete si in spraituri. Conform NP 113/2004, MEF [3] este considerata a fi o metoda ce ofera solutii teoretic complete. Modelul de calcul cu MEF necesita o calibrare a rezultatelor, prin compararea datelor rezultate cu masuratori pe structuri de sustinere asemanatoare cu cele proiectate.

Deoarece nu s-au putut face comparatii intre modele de calcul si structuri realizate in conditii asemanatoare si luand in calcul ca executia unei excavatii adanci in zone urbane este un proces complex, cu implicatii majore, modelul de calcul va fi calibrat pe parcursul executiei, prin compararea datelor furnizate de programul de calcul cu masuratorile realizate pe amplasament pe martorii pozitionati in prealabil (citiri inclinometrice, martori topografici etc). Astfel, se va putea calibra modelul pe parcursul executiei in functie de datele obtinute.

Analizand ridicarea topografica s-au identificat urmatoarele constructii vecine cu constructia propusa:

  • latura de N – constructie cu un regim de inaltime Parter cu o structura de rezistenta realizatadin lemn;
  • latura de V – strada Palas, aflata la o distanta de circa 7,50 m fata de limita exterioara a peretilor mulati si o cladire la o distanta de circa 20,00 m;
  • latura de S – strada Palas, aflata la o distanta de circa 10,80 m si peretii mulati aferenti uneiparcari subterane situati la o distanta de circa 16,50 m fata de limita exterioara a peretilor mulati;
  • latura de E – strada Sf. Lazar situata cu partea carosabila la o distanta de circa 6,50 m si cutrotuarul la o distanta de circa 1,45 m, fata de limita exterioara a peretilor mulati.

Pentru aceste constructii s-au luat in calcul urmatoarele incarcari caracteristice:

  • constructie din lemn – qk = 30,00 kPa;
  • greutate proprie straturi rutiere – gk = 20,00 kN/m3;
  • incarcare utila pe strazi datorate traficului – qk = 23,40 kPa (conform literaturii de specialitates-a asimilat incarcarea datorata traficului cu o incarcare data de un strat de pamant cu o inaltime de 1,30 m avand o greutate volumica de 18,00 kN/m3);
  • incarcare utila datorata organizarii de santier – qk = 30,00 kPa (dispusa doar pe latura de S conform limitelor indicate de planul de organizare de santier).

Incarcarilor caracteristice ale actiunilor li s-au aplicat coeficientii partiali de siguranta aferenti, coeficienti prezentati mai jos.

Conform studiului geotehnic, pe amplasament s-au interceptat urmatoarele straturi geologice:

  • un strat de sol vegetal si umplutura de pamant cu piatra concasata in grosime maxima de 2,50 m;
  • un strat de argila grasa, cenusie, plastic vartoasa la plastic consistenta in grosime maxima de 7,80 m;
  • un strat de nisip fin, galben, cochilifer cu zone de nisip prafos saturat, afanat, in grosimemaxima de 5,20 m; stratul de nisip este purtator de apa, apa fiind sub presiune si prezentand un puternic caracter ascensional;
  • un strat de argila marnoasa, cenusie, plastic vartoasa, in grosime maxima de 5,20 m.

Pentru verificarea starilor limita de cedare GEO, STR si HYD s-a considerat, conform EC7, Abordarea de calcul 1 cu cele doua grupari, respectiv A1+M1+R1 si A2+M2+R1.

Valorile modulului de deformatie liniara s-au determinat cu ajutorul modulelor de deformatie edometrice pentru pamanturile coezive (conform NP112/2014 [4]) si pe baza bazelor de date si a studiilor geotehnice realizate in vecinatate pentru terenul necoeziv. Unghiul de frecare interna a nisipului s-a determinat pe baza studiilor geotehnice si a bazelor de date care cuprind lucrari realizate in vecinatate.

Deoarece pe baza calculelor realizate s-a constatat ca in gruparea A2+M2+R1 rezulta cele mai defavorabile stari de tensiuni, in cele ce urmeaza se prezinta calculele efectuate doar pentru aceasta grupare.

S-a analizat starea de eforturi si tensiuni pe zona strazilor Palas si Sf. Lazar (sectiune de la V la E prin model) si s-a determinat ca terenul prezinta o deformare totala (deplasare verticala + deplasare orizontala) de circa 1,50 cm pe parcursul realizarii lucrarilor de sapatura din interiorul incintei (fig. 3).

S-a analizat starea de eforturi si tensiuni pe zona strazii Palas si a constructiei din lemn (sectiune de la S la N prin model) si s-a determinat ca terenul prezinta o deformare totala de circa 2,50 cm pe parcursul executiei lucrarilor de sapatura din interiorul incintei (fig. 4).

Analiza incintei de pereti mulati a aratat ca peretii mulati sufera o deplasare totala (deplasare verticala + deplasare orizontala) de 5,09 cm, in timp ce deplasarile orizontale maxime ale acestora ating valori de 3,31 cm (fig. 5).

Pentru comparatie, s-a realizat si un model de calcul 2D, folosind programul Plaxis 2D [5]. In cazul modelului 3D, considerand ca intre peretii mulati si radier exista un rost de circa 5,0 cm, momentele de armare ating valori maxime de aproximativ 1.680 kNm/m la cota de fundare a radierului.

In cazul modelului 2D, considerand ca radierul este legat de pereti, rezulta un moment maxim la cota radierului de circa 1.810 kNm/m (M2d,r pe figura 7) in timp ce pentru modelul 2D in care se considera ca intre radier si peretii mulati exista un rost de 5,0 cm, momentul maxim la cota radierului este de circa 750 kNm/m (M2D pe figura 7). Deformata peretilor, in cazul modelelor care considera rost intre peretii mulati si radier, prezinta aceeasi aliura, diferenta maxima intre valorile acestora fiind de circa 2,0 cm. In proiectare s-a dispus executia radierului cu rost intre peretii mulati si acesta.

Analizand diagrama de moment, carcasa de armatura s-a proiectat pe 3 tronsoane, respectiv superior, mijloc si inferior, pentru a satisface cerintele de rezistenta, tehnologice si implicit economice.

In urma dimensionarii, pentru nivelurile de spraituri, au rezultat profile cu sectiunea incepand de la CHS 323,9 mm x 80 mm pana la CHS 508 mm x 20 mm.

Dispunerea pe verticala a spraiturilor a rezultat din conditii tehnologice (s-au dispus deasupra planseelor) dar si din conditii de limitare a deplasarilor peretilor mulati.

 

CONCLUZII

Principala problema a proiectarii si executiei excavatiilor adanci in zone urbane este aceea de evaluare si limitare a deplasarilor terenului, impusa de prezenta in imediata vecinatate a unor constructii si utilitati [6].

Prin analizele efectuate s-a urmarit proiectarea unei incinte etanse, care sa prezinte deplasari cat mai reduse, atat pentru peretii mulati cat si pentru terenul din imediata apropiere.

In cadrul proiectului s-a dimensionat o incinta din pereti mulati executati din beton armat monolit cu o grosime de 0,80 m, o inaltime de 25,00 m, din care 14,45 m reprezinta inaltimea excavatiei iar 10,55 m adancimea de incastrare. Peretii mulati sunt sprijiniti pe patru niveluri cu spraituri metalice.

Imbinarile dintre panouri necesita o atentie deosebita, deoarece articulatiile sunt slabe la transferul de eforturi de forfecare si in acelasi timp, sunt conductoare de umiditate prin transfer.

Proiectarea incintei de pereti mulati s-a efectuat cu programul Plaxis 3D Foundation, program bazat pe metoda elementelor finite (MEF). S-a preferat utilizarea MEF deoarece aceasta permite modelarea fidela a terenului, a peretelui de sprijin, precum si a etapelor de executie.

Modelul de calcul va fi calibrat pe parcursul executiei, prin compararea datelor furnizate de programul de calcul cu masuratorile realizate pe amplasament, pe martorii pozitionati in prealabil (citiri inclinometrice, martori topografici, verificare caracteristici teren etc). Astfel, se va putea calibra modelul pe parcursul executiei in functie de datele obtinute.

Pentru verificarea starilor limita de cedare GEO, STR si HYD s-a considerat, conform EC7, abordarea de calcul 1 cu cele doua grupari, respectiv A1+M1+R1 si A2+M2+R1.

Terenul va prezenta, pe parcursul executiei lucrarilor de sapatura din interiorul incintei, o deformare totala (deplasare verticala + deplasare orizontala) de circa 1,50 cm, pe zona strazii Sf. Lazar si de circa 2,50 cm pe zona strazii Palas.

Pentru comparatie, s-a realizat si un model de calcul 2D folosind programul Plaxis 2D.

Armarea panourilor s-a facut la valorile maxime ale momentelor din cele doua modele de calcul.

Consideram ca prin utilizarea modelului de calcul Plaxis 3D Foundation se pot lua in considerare incarcarile diferite existente pe fiecare dintre laturile sapaturii, cu conditia unei foarte bune conlucrari a panourilor la rosturile dintre ele. O conlucrare defectuoasa intre panouri poate impune utilizarea modelului 2D.

 

BIBLIOGRAFIE

  1. Technical Guide, Soletanche Bachy;
  2. *** Plaxis 3D Foundation Reference Manual Version 2;
  3. NP 113/2004, Normativ privind executia, monitorizarea si receptia peretilor ingropati;
  4. NP 112/2014, Normativ privind proiectarea fundatiilor de suprafata;
  5. *** Plaxis Version 8. Reference manual;
  6. NP 120/2014, Normativ privind cerintele de proiectare, executie si monitorizare a excavatiilor adanci in zone urbane.

 

Autori:
Dana Madalina Pohrib,
Dorel Platica Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi, Facultatea Constructii si Instalatii, Departamentul CCF
Vlad Mircea Grigoras SC PROCONRIM SRL 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 155 – ianuarie-februarie 2019, pag. 48

 



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: https://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2019/02/01/calculul-peretilor-mulati-pentru-o-incinta-cu-adancimea-excavatiei-de-150-m-utilizand-programul-plaxis-3d-foundation/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.