Stabilizarea unei faleze inalte din Constanta

Pe faleza inalta a Municipiului Constanta s-a propus realizarea unui complex comercial, pe o suprafata cu lungimea de cca 400 m si latime de 50 m, ocupand versantul cuprins intre B-dul Traian (cote +37, +38,00 nMN) si Str. Marinarilor (cote +20, +24,00 nMN). Lucrarea se va dezvolta in doua etape, etapa 1 de executie fiind in curs de derulare, incepand cu luna iunie 2007 (fig.1). O sectiune tip prin lucrare (fig. 2 si 3) arata necesitatea unei cote de fundare de cca +10,5 nMN, generata de subsolurile pe mai multe niveluri. Înaltimea maxima a constructiei este de cca 70 m si cea minima de cca 40 m.

Problema de proiectare geotehnica este complexa, cea principala tratand amplasarea constructiei cu subsoluri pe un versant, avand in vedere ca exista un nivel al apei din teren.

În urma analizarii diferitelor solutii s-a optat pentru conceptul „cladire – zid de sprijin“, astfel incat noua structura sa conlucreze cu sprijinirile necesare executiei pentru preluarea solicitarilor pe perioada de exploatare asigurand stabilitatea falezei in timp. Din aceasta solutie a derivat modul de sprijinire a incintei de lucru, tinand seama de vecinatatile construite.

Pe faleza existand o serie de lucrari vechi de drenare a apei, prin solutia proiectata si in curs de executie s-a prevazut mentinerea functionalitatii acestora, astfel ca regimul hidraulic existent sa fie pastrat.

STUDII SI INVESTIGATII EFECTUATE

Tinand seama de complexitatea problemelor gene­rale de amplasare a lucrarii si in conformitate cu normele tehnice nationale s-au prevazut urmatoarele tipuri de studii: topografice, geotehnice si hidrogeologice, expertize privind constructiile existente, investigatii ale sistemului de drenaj existent si de consolidare.

CARACTERIZAREA AMPLASAMENTULUI

Conditii topografice, geotehnice si hidrogeologice

Amplasamentul are panta medie, amenajata la taluz de cca 1:2.

Pe latura lunga, de Vest, amplasamentul se inve­cineaza cu B-dul Traian si dincolo de acesta, la peste 20 m fata de limita de proprietate se afla o serie de imobile cu regim de inaltime diferit: P + 8E – blocurile A3, A8, o casa tip parter si un restaurant – parter.

Pe latura lunga, de est, exista Str. Marinarilor cu acces auto si taluzul incintei portului.

Pe baza observatiilor si a calculelor de verificare a stabilitatii la alunecare in conditii statice si de seism, a rezultat ca in configuratia existenta si cu amenajarile aferente (lucrari de drenaj partial functionale, lucrari de consolidare) amplasamentul este in general stabil.

La data cercetarilor existau semne ale unor cedari locale de dimensiuni mici, dar si de afectare a zonelor adiacente respectiv fisuri longitudinale si denivelari in carosabil.

Pe baza a 20 foraje noi, executate de INCDIF – ISPIF, cu adancimi pana la 50 m, 11 sondaje geologice, a incercarilor specifice in laboratorul UTCB ca si a datelor din 10 foraje de arhiva, a rezultat ca in amplasament terenul de fundare este alcatuit astfel (fig. 4):

• umpluturi neomogene cu grosimi de 1-3 m (local 8 m) alcatuite din deseuri de materiale de constructie in suprafata, iar in adancime din pamanturi coezive sau slab coezive in amestec cu materiale grosiere (bolovani si blocuri de calcar). Parametrii geotehnici caracte­ristici sunt g = 20 KN/m3, E = 10.000 kPa, f = 20o – 40o, c = 25¸2 kPa;

În exteriorul amplasamentului, in zona blocurilor de locuinte la aceleasi cote, exista un strat de loess, insensibil la umezire;

• un pachet cu grosimi de 40 m la partea superioara a pantei si cca 25 m la baza amplasamentului, alcatuit din pamanturi coezive de tipul argilelor prafoase si argilelor cu compresibilitate medie.

În cadrul acestui pachet se diferentiaza argilele structurate rosii si cenusii specifice zonei dobrogene, pe grosimi de cca 8,14 m, iar in adancime argilele cenusii – verzui.

În pachetul coeziv s-au intalnit oglinzi de frictiune la cote de +23, +16 nMN si +16, +14 nMN. De asemenea, in jurul cotelor +10,00, + 14,5 nMN, in stratul argilos, au fost depistate benzi continue gipsifere de 2-3 m grosime. Aceste constatari au condus la premiza posibilitatii apa­ritiei unor posibile planuri de alunecare in aceste zone.

Argilele rosii si cenusii, situate deasupra gipsului au plasticitati mari, se afla in stare plastic vartoasa – la tare si prezinta comportament specific in raport cu apa, parametrii rezistentei la forfecare scazand rapid la contactul cu apa si aerul.

Parametrii geotehnici determinati pe probe naturale sunt: g = 18,5¸21 KN/m3, E = 12.500 kPa, f = 16o – 18o, c = 70¸90 kPa. Parametrii rezistentei la forfecare pe probe saturate sunt f = 8o – 10o, c = 40¸50 kPa. Pentru argilele cenusii-verzui in stare plastic vartoasa la tare de sub stratul de gips, avand si incluziuni de calcar degradat au rezultat valori E = 12.000, 15.200, 20.000 KPa, f = 10o – 18o si c = 8¸210 kPa.

• roca de baza de sub cotele -2 ÷ -6 nMN este constituita din calcar sarmatian, oolitic, albicios-roscat, care la contactul cu argila este degradat si sub cote de -8 ÷ -10 nMN devine compact cu o rezistenta la compresiune s_rc = 15.000÷20.000 KPa.

În zona sudica a amplasamentului exista un acvifer de medie adancime la cote de +6,8 ÷ +7,57 nMN, cu directia si sensul de curgere de la N-V catre S-E cu o panta medie de 1,2%.

În zona centrala si de nord s-a format un acvifer de mica adancime prin aport din precipitatii si posibile pierderi din reteaua edilitara. Acest acvifer este cantonat in argilele prafoase cu concretii calcaroase, nivelul hidrostatic fiind la cote +29,8, +29,3 nMN. Apa are un nivel liber si are sens de curgere de la N-V catre S-E, cu o panta de 14%, descarcandu-se pe panta printr-un izvor situat la cota +22 nMN. În aceasta zona, acviferul de medie adancime se afla la cote de +7,2 ÷ +13 nMN, cu directia de curgere de la NN-V catre SS-E si o panta de 8,4%.

Sistemul de consolidare si de drenaj existent

Pentru consolidarea malului in timp au fost prevazute amenajari ale taluzurilor prin reprofilare, protectia suprafetei si arcade drenante. Avand in vedere si constructia unor blocuri de locuinte de P+8E, in anul 1957 a fost executat un sistem de drenaj (fig. 5), care consta din:

• o galerie longitudinala situata pe B-dul Traian, cu sectiune ovoidala de 1,8 m inaltime si 1,40 m latime, dispusa la adancimea de +26,0 ÷ +27,0 m, care capteaza si transporta apa in lungul falezei pana in dreptul galeriilor-dren transversale;

• patru camine-put de vizitare, pe traseul galeriei principale;

• doua galerii transversale care conduc apa din galeria principala spre santuri; pe traseul acestora se afla puturi intermediare de vizitare de 8,0 ÷ 15,7 m adancime;

• tuburi f300 mm care conduc apa din dreptul caminelor-put ale galeriei principale la alte puturi intermediare;

• racordari intre puturi si santul de evacuare a apei sub forma unor drenuri si rigole.

Galeria longitudinala este dispusa la baza pachetului de loess, deasupra stratului de argila. Astfel, apa colectata de galeria principala se scurge spre port prin drenuri tip galerie si conducte transversale pe traseul carora sunt camine de vizitare. Din camine, apa curge gravitational prin conducte si santuri spre rigola longitudinala de colectare si evacuare a apei, aflata la cota de cca +6,0 m, cu panta longitudinala, care conduce apa spre mare. Debitul evacuat este de cca. 10 l/s, variind in functie de perioada anului si de gradul de intretinere al retelelor edilitare.

LUCRARI PROIECTATE

Principii generale. Solutii posibile

Avand in vedere cota necesara inferioara a cladirii de cca +10,5 nMN a rezultat ca excavatiile impuse vor avea adancimi de 28 m la partea superioara (latura Traian) si 14 m la baza pantei (latura Marinarilor), ceea ce implica prevederea unor ecrane perimetrale la incinta de lucru cu rol de sustinere a terenului si limitare a suprafetelor afectate de constructie. Amplasarea constructiei impune pastrarea si asigurarea stabilitatii terenului pe toata perioada de exploatare a constructiei, avand in vedere prezenta unor constructii pe platforma adiacenta. Fata de aceste cerinte au fost analizate doua solutii conceptual diferite:

• prevederea unui zid de sprijin definitiv la partea superioara a amplasamentului, la adapostul caruia sa se desfasoare lucrarile si care sa asigure stabilitatea amplasamentului, fara a conlucra cu constructia.

• prevederea unui zid cu un sistem de sprijinire temporar, necesar pe perioada executiei, care sa asigure spatiul necesar realizarii constructiei si cu care conlucreaza in exploatare pentru asigurarea stabilitatii gene­rale a amplasamentului, constructia fiind proiectata in acest sens.

Prima solutie implica o structura de sprijin masiva, de greutate, care ocupa o suprafata mare din amplasament sau o structura mai supla ancorata definitiv in stratul calcaros necesitand lungimi de ancore de 80,0, 90,0 m lungime. Prevederea unor ancore mai scurte, oprite in straturile de argila structurate nu asigura o comportare controlabila datorita modificarilor in timp a proprietatilor argilelor si nivelului variabil al apei subterane. Totodata, peretele ancorat definitiv necesita existenta unui spatiu de vizitare, control si interventie la sistemul de ancoraj, cu diminuari ale suprafetei construibile. Constructia fiind realizata separat de zidul de sprijin, poate fi fundata direct pe stratul de argila cenusie-verzuie, deformatiile sunt practic independente.

Solutia a doua permite utilizarea integrala a suprafetei construibile. În acest caz, constructia este necesar a fi verificata la alunecare, astfel incat sa poata fi preluata solicitarea datorata impingerii exercitata de teren si apa, inclusiv in caz de seism. Zidul vertical de sprijin care bordeaza constructia conlucreaza cu aceasta. Astfel, trebuie avut in vedere ca pe peretele cladirii actioneaza impingerea, fara a se mobiliza rezistenta pasiva in partea opusa, care ar implica deformatii mai mari pe care constructia nu le poate suporta.

Compararea acestor solutii a condus la adoptarea celei de a doua, din care au derivat proiectele incintei de lucru, sistemului de drenaj definitiv si al constructiei propriu-zise.

Solutia pentru executia excavatiilor

Pe laturile lungi ale incintei a fost prevazut ca zidul de sprijin sa fie alcatuit dintr-un ecran de piloti de beton armat cu diametrul de 80 cm, distantati la 1,20 m din ax in ax, ancorati (fig. 6 si 7). Lungimea pilotilor este variabila, pe latura B-dul Traian fiind de 32,45 m de la +38,00 (incastrare 5 m), iar pe latura Str. Marinarilor de 16,45 m de la +24,00 (incastrare 3 m). Cota de excavare este de +10,50 nMN. Pilotii sunt solidarizati la partea superioara prin grinzi de beton armat (100 cm2 x 40 cm2) si la nivelul de ancorare cu grinzi de beton armat, 30 cm x 80 cm. Ancorele pretensionate la 480 KN au inclinari de 15o, lungimi intre 50 m si 13 m cu bulbi de ancorare de 8 m.

A fost aleasa solutia cu piloti distantati pentru a nu perturba regimul hidrodinamic in zona amplasamentului si a vecinatatilor acestuia (fig. 6). Ecranul si sprijinirile provizorii sunt dimensionate la solicitarile provenite din partea masivului de pamant si apei subterane, inclusiv la seism, astfel incat structural prezinta siguranta si sunt limitate deplasarile orizontale pentru evitarea influentelor negative asupra vecinatatilor construite. Ecranul din piloti forati are un caracter definitiv facand parte din alcatuirea constructiei. La calculul elementelor constituente ale ecranului s-au avut in vedere caracteristicile geoteh­nice aferente diferitelor materiale din masiv, si comportarea in timp a acestora, considerandu-se parametrii minimi.

La adapostul ecranelor din piloti, excavatiile se executa in etape, dupa montarea si pretensionarea ancorelor aferente fiecarui nivel. Acest mod mai rapid pentru executia excavatiilor a decis modul de sprijinire al ecranelor in exterior (ancore provizorii) si nu in interior (spraituri). În zonele excavate sunt prevazute lucrari pentru colectarea si scurgerea controlata a apelor freatice si din precipitatii (conducte, pante, rigole, santuri), cu o atentionare deosebita pentru evitarea umezirii argilelor rosii si cenusii macro-structurate.

Solutia pentru constructie

Structura arhitecturala a complexului comercial prevede realizarea a cca. 6 subsoluri si 8 etaje, practic o dezvoltare pe verticala la cota +10,50 nMN pana la +80 nMN. Structura de rezistenta este alcatuita pana la cota +38,00 nMN din beton armat si peste aceasta din metal.

În situatia fundarii directe, in ipoteza cea mai defavorabila, in perioada exploatarii, aceasta structura, impreuna cu peretele ecran, fara ancore, nu poate prelua solicitarile provenite din impingerea masivului de pamant, presiunea apei subterane si sporurile datorate seismului. Aceste verificari au condus la prevederea sub radier de piloti cu diametrul de 120 cm, cu lungimea de pana la 20,0 m, patrunzand in roca de baza (fig. 7).

Luarea in considerare a ecranului, a mobilizarii rezistentei la forfecare (coeziunea) pe suprafetele de contact dintre radier si terenul argilos ca si a capacitatii la forte orizontale a pilotilor conduce la asigurarea preluarii sarcinilor orizontale in exploatare. Fundarea pe piloti a permis scaderea grosimii radierului la 0,5 m si in consecinta reducerea cotei de excavare.

Drenajul apelor

Sistemul de drenaj este alcatuit astfel incat sa fie asigurata captarea apelor si scurgerea gravitationala a acestora. S-a urmarit ca sa nu se schimbe practic regimul de curgere a apei, iar solicitarile transmise noii constructii sa fie controlate, sporind gradul de siguranta al lucrarilor.

Galeria drenanta longitudinala ramane spre oras fata de limita viitoarei constructii la distante variabile fata de aceasta, cuprinse intre 10,0 m si 14,0 m. Traseul ecra­nului din piloti intersecteaza galeriile transversale celei principale si unele camine de vizitare. Cand se ajunge cu excavatia incintei la nivelul acestora, vor fi facute amenajarile prevazute astfel ca apa colectata sa se scurga in aval. În acest scop, se prevad tuburi verticale cu diametrul de 200 mm. Zona de racord va fi amenajata sub forma unui camin pentru efectuarea controlului periodic.

Solutia adoptata pentru transportul apei prevede urmatoarele (fig. 7):

• camine de control imediat langa noua constructie, la intersectia cu galeriile transversale actuale; amenajarea galeriilor transversale in zona noii constructii pentru ca apa captata sa fie preluata prin conducta verticala adiacenta peretelui noii constructii; canal in lungul peretelui la penultimul subsol; conducte transversale care vor fi racordate cu caminele existente din aval.

Pentru ca eventualele infiltratii in teren ale apei sa nu conduca la suprasolicitari ale constructiei este prevazut un drenaj vertical racordat la canalul prevazut anterior. Baza drenajului vertical este la cota 13,95 nMN, cu 40 cm deasupra planseului penultimului subsol. Apa colectata prin drenul vertical va fi dirijata in canalul colector longitudinal prin prevederea unor tevi transversale f 100 mm, la fiecare 1,2 m cu panta de 1% spre canal.

Lucrarile de monitorizare

Pentru cunoasterea comportarii constructiilor invecinate si a terenului au fost prevazute lucrari de masurare a deformatiilor verticale (tasari) la cladiri, drum si ecranul incintei; nivelului apei subterane in exteriorul incintei in dreptul blocurilor de locuinte; deformatiilor orizontale ale terenului langa cladiri si in ecran; variatiei latimii rosturilor existente intre tronsoanele de blocuri; debitelor de apa evacuate si analiza chimica a unor probe de apa.

Valorile masurate pana in prezent pe o perioada de cca 12 luni cu excavatii pana la adancimi de cca 24,0 m, reflecta faptul ca masurile de limitare a influentei lucra­rilor noi asupra constructiilor existente, sunt eficiente.

BIBLIOGRAFIE

Marcu A., s.a., „Impactul realizarii constructiilor in excavatii adanci asupra cladirilor invecinate“;

NP 120-2006, „Normativ privind cerintele de proiectare si executie a excavatiilor adanci in zone urbane“;

Incinte realizate, Str. 11 Iunie, Str. Filipescu, Str. Platinium, Str. Dr. Felix, Str. Glucozei, Str. Moxa, Complex Unirea (Bucuresti), Galati, Constanta.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 53 – octombrie 2009

Autori:
prof. dr. ing. Romeo Ciortan, S.C. IPTANA S.A. Bucuresti, membru corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice
prof. dr. ing. Sanda MANEA, Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti