TERRASOND: Executia si comportarea rambleelor inaltate de la cai de comunicare terestre – autostrazi si cai ferate din Romania – consideratii tehnice

In practica inginereasca de executie a cailor de comunicatii terestre (autostrazi si cai ferate) din Romania, apar situatii cand se impune construirea unor terasamente de tip rambleu, cu inatime mare 8…10 m, care sunt constructii din pamant si transmit terenului de fundare eforturi mari, atat din greutatea lor proprie cat si din incarcarea din trafic.

In aceasta situatie se distinge in mod evident ca la asigurarea stabilitatii, rezistentei si durabilitatii ansamblului constructiei din pamant contribuie cele doua componente ale acestuia si anume: rambleul si terenul de fundare (fig. 1).

Deoarece suprafata de contact dintre rambleu si terenul de fundare este mare, zona activa a acestuia se extinde mult in adancime. Urmare acestui fapt, in conditiile existentei unor straturi compresibile aflate in zona activa z_0, se pot produce tasari importante ale rambleului.

Incarcarile la nivelul suprafetei de contact dintre rambleu si teren se considera ca actioneaza ca in figura 2.

Conform cu cele prezentate in figura 2 eforturile unitare verticale s_z, induse in terenul de fundare al rambleului in diverse puncte din masivul de teren de sub rambleu, se pot determina cu relatia (1):

sau prin alte metode de calcul al distributiei eforturilor in terenul de fundare.

Cunoscand distributia eforturilor unitare in terenul de fundare de sub rambleu, se poate determina, prin procedee cunoscute, tasarea probabila a corpului rambleului s care trebuie sa fie mai mica sau egala cu tasarea admisa s_a.

Executia rambleului ca si constructie din pamant este reglementata de normativele acceptate ca si valabile la noi, STAS 2914-84 si SREN 1997-2 / iulie 2008.

Atunci cand corpul rambleului este executat in mod corect, ca material folosit cat si ca mod de punere in opera, se poate lua in considerare faptul ca la baza rambleului, in suprafata de contact rambleu – teren de fundare, iau nastere eforturi orizontale dirijate de la axul de simetrie al rambleului catre exterior.

Aceste eforturi se pot calcula admitandu-se o distri­butie parabolica a acestora in nivelul de contact rambleu – teren de fundare, conform figurii 3.

Valoarea maxima a efortului de alunecare se poate determina cu relatia (2) si anume:

In situatia cand tensiunile tangentiale t_max, ce iau nastere la acest nivel, depasesc rezistenta la alunecare in suprafata de contact rambleu – teren de fundare t_ad, exista tendinta de dislocare a unor portiuni din rambleu din zona taluzului.

Din cele prezentate anterior dintre cele doua componente ale ansamblului constructiei din pamant (rambleu) – teren de fundare, prima componenta nu pune probleme deosebite daca rambleul, ca si constructie, este corect executat.

Pentru cuantificarea celei de a doua componente a ansamblului constructiei din pamant si anume terenul de fundare, se impune realizarea unor investigatii geotehnice de adancime, in puncte prestabilite, conform normelor tehnice in vigoare. Astfel, conform SREN 1997-2 din iulie 2008 Eurocod 7: Proiectarea geotehnica. Partea 2 Investigarea si incercarea terenului, conform anexei B paragraful B – Recomandari privind distantele dintre punctele de investigare si adancimea acestora se men­tioneaza la punctul B.3(1) urmatoarele:

• Distantele intre punctele de investigare pentru constructii liniare (drumuri, cai ferate, conducte, diguri, tuneluri, vor fi cuprinse intre 20 si 200 m, adica maximum 50 puncte / km si minimum 5 puncte / km.

• Adancimea de investigare z_a, sub nivelul terenului natural din axul de simetrie al rambleului, se alege, conform punctului B3(7), prin luarea in considerare a valorii z_amaxime din urmatoarele conditii:

0,8 h_r < z_a £ 1,2 h_r

z_a ³ 6,0 m

Nota: in cazul unui rambleu cu inaltimea h_r = 10 m se impune realizarea unor investigatii de teren, pe o adancime de minimum 12,00 m. Pe probele de pamant recoltate din foraje se vor face, in mod obligatoriu, incercari in laboratoare autorizate, pentru definirea parametrilor de capacitate portanta si deformabilitate ale terenului de fundare a rambleului.

Cunoasterea naturii, structurii, capacitatii portante si a deformabilitatii terenului de fundare al unui rambleu este impusa de necesitatea asigurarii stabilitatii si durabilitatii rambleului in timp.

POSIBILITATI DE CEDARE A RAMBLEULUI

In general, un rambleu isi pierde stabilitatea din doua cauze principale si anume:

• atunci cand tensiunile tangentiale in suprafata de contact rambleu – teren de fundare t_max sunt mai mari decat rezistenta la alunecare t_ad in aceeasi suprafata de contact.

• atunci cand presiunea verticala in suprafata de contact rambleu – teren de fundare p = g × H_r genereaza, in acesta din urma, tensiuni corespunzatoare starii de plasticizare a pamantului.

Din acest punct de vedere se disting trei cazuri carac­teristice de cedare si anume:

Cazul 1

Este caracteristic situatiei terenurilor de fundare ale rambleelor cu capacitate portanta redusa, saturate, acti­onate de incarcari mari.

Incarcarea din greutatea proprie a rambleului si din trafic se admite ca actioneaza ca o incarcare instantanee, ca urmare eforturilor tangentiale induse, care sunt dependente de eforturile normale, s_z, si sunt mai mari decat rezistenta admisa la forfecare a terenului de fundare a rambleului. In acest caz, terenul de fundare atinge criteriul de plasticitate (cedare) dupa suprafata circular cilindrica (fig. 4).

Cazul 2

Corespunde situatiei in care grosimea stratului de pamant cu capacitate portanta redusa (compresibil), care se afla relativ catre suprafata terenului, are grosimea mica in raport cu latimea rambleului la baza.

In acest caz, cedarea are loc, probabil, dupa o suprafata de rupere 1”,1’,2’,2” asa cum este admisa in figura 5. Dupa cum se observa, suprafata de cedare curba 2”2’, care se formeaza in corpul rambleului, continua cu o suprafata plana 2’1’ ce se formeaza la suprafata sau in stratul compresibil cu capacitate portanta redusa. Masa de pamant cuprinsa in volumul 1,2,2”,2’,1’, la limita echilibrului, se considera ca actioneaza asupra prismului de pamant 1,1’,1” care va fi dislocat numai dupa ce a fost invinsa rezis­­tenta pasiva corespunzatoare suprafetei de cedare 1’,1”.

Pe baza ipotezei admise, conditiile de stabilitate a rambleului se pot analiza foarte usor prin una din metodele de calcul cunoscute.

Cazul 3

Corespunde situatiei de teren de fundare a ramble­ului constituit dintr-o stratificatie care creaza conditii de modificare a presiunii apei din porii stratului coeziv compresibil, asa cum rezulta din figura 6.

In acest caz, cedarea rambleului are loc, cu cea mai mare probabilitate, in lungul suprafetei de cedare mixti­linie 1”,1’,2’,2”. Pozitia suprafetei de cedare plana 1’2’, la limita echilibrului, este situata la mijlocul grosimii stratului coeziv saturat unde presiunea apei din pori are valoarea maxima. O asemenea situatie este posibila deoarece rezistenta la forfecare a terenului coeziv depinde de presiunea apei din pori si este cu atat mai mica cu cat presiunea apei din pori este mai mare.

Si in acest caz, pe baza ipotezei admise de formare a suprafetei probabile de cedare, se pot analiza conditiile de stabilitate a rambleului caii de comunicatii prin una din metodele cunoscute si se pot adopta, inca din faza de proiectare, solutiile tehnice de asigurare a stabilitatii rambleului.

Pe baza celor prezentate anterior imi permit sa evidentiez urmatoarele:

1. Rambleul este o constructie din pamant de sine statatoare, executata dupa reguli caracteristice, definite in cadrul unor reglementari tehnice, care reazema pe un teren de fundare.

2. Plecand de la ideea ca rambleul este corect reali­zat din punct de vedere al materialului folosit (pamant), al punerii in opera a acestui material, al geometriei de realizare a rambleului si al controlului de calitate efectuat, este necesar ca, in lungul traseului caii de comunicatie terestra pentru care se executa un rambleu inalt, sa se execute investigatii geotehnice de teren si laborator, la nivelul recomandat in SREN 1997-2 / iulie 2008.

3. Pentru terenul de fundare al rambleului, se vor determina, in mod obligatoriu, parametrii de capacitate portanta si de compresibilitate ale straturilor componente ale profilului litologic investigat si definit pe baza de foraje si sondaje geotehnice.

CATEVA REFLECTII PRIVIND NORMELE,

INSTRUCTIUNILE TEHNICE CARE REGLEMENTEAZA

EXECUTIA SI CONTROLUL CALITATII RAMBLEELOR

Ma voi referi, in mod direct, la prevederile din STAS 2914-84 intitulat TERASAMENTE – Conditii tehnice de calitate referitor la executia rambleelor.

1. Referitor la punctul 2.2 Cercetarea terenului (citez din text):

„Terenul de fundare si materialele cu care se executa terasamentele se studiaza si se cerceteaza din punct de vedere geologic, geotehnic si hidrologic in conformitate cu STAS-urile in vigoare.“

Consider ca alaturarea notiunii de teren de fundare cu cel de materiale din care se executa rambleul – produce, pentru cel ce utilizeaza recomandarile de la punctul 2.3.1, confuzii in sensul ca nu se specifica ce investigatii geo­tehnice de teren si laborator se fac pentru: terenul de fundare, respectiv pentru materialele (pamanturile) din care se executa rambleul.

2. Referitor la punctul 3 STABILITATEA TERASAMENTELOR se mentioneaza ca (citez din text):

„Stabilitatea terasamentului se asigura prin:

– gradul de compactare D_pr

– inclinari diferite ale taluzurilor

– masuri de asanare si protejare conform STAS 10796 / 1-77 si STAS 10796 / 2,3-79 si a altor reglementari legale in vigoare

– capacitatea portanta corespunzatoare si stabilitatea terenului de fundare.“

Daca pentru primele trei conditii, care asigura stabili­tatea terasamentului, se fac recomandari si precizari de realizare si control, pentru ultimul: capacitatea portanta corespunzatoare si stabilitatea terenului de fundare – nu se aminteste nimic.

Observatie: Recomandarea din tabelul nr. 2, referitor la gradul de compactare ce trebuie atins pe primii 30 cm ai terenului natural pe care reazema rambleul mi se pare incorecta si neavenita, producatoare de confuzii pentru simplul fapt ca gradul de compactare caracte­rizeaza o stare de compactare a unui strat de pamant pus in opera (asternut+compactat) si nu al terenului natural de sub un rambleu.

3. Referitor la punctul 7 REGULI PENTRU VERIFICAREA CALITATII TERASAMENTELOR nu este data nicio referire privind controlul capacitatii portante a tere­nului de fundare suport al rambleului.

Nota: Cred ca este mult mai corect sa verificam calitatea executiei rambleelor nu numai prin determinarea gradului de compactare D_pr pentru simplul motiv ca asigurarea umiditatii optime de compactare pe santier este practic imposibila, ci sa facem acest lucru si prin incercari statice si dinamice de proba cu placa rigida cu prelucrare electronica imediata, care sa permita determinarea modulului de deformatie liniara E_S1(E_V1), E_S2 (E_V2) cat si al modulului dinamic E_d.

In prezent, in tarile din UE, in special in cele din Europa Centrala, sunt recomandate, in norme tehnice aplicabile, valori ale acestor parametri de capacitate portanta la diverse niveluri in corpul rambleului si la nivelul superior al terenului de fundare al rambleului atat pentru autostrazi cat si pentru cai ferate.

In fig. 7 si fig. 8 sunt prezentate conditiile de compac­tare a corpului rambleului pentru ramblee cu H_r ³ 2,00 m.

Avand in vedere cele prezentate anterior, consider ca pentru verificarea calitatii de executie a rambleelor trebuie sa efectuam controlul calitatii de executie asa dupa cum urmeaza:

• la nivelul suprafetei de contact rambleu – teren de fundare, prin incercari statice de proba cu placa rigida.

• in corpul rambleului, pentru fiecare strat elementar de umplutura prin gradul de compactare, folosind me­toda clasica cunoscuta, respectiv la nivelul superior al unui pachet de umplutura in grosime de aproximativ 1,0 m, prin incercari statice cu placa rigida.

• la nivelul superior al stratului de forma, prin incercari statice de proba cu placa rigida.

Cu ocazia activitatii de consultanta si expertizare geotehnica efectuata pentru firme care au contractat executia de trasee de autostrada, centuri ocolitoare executate in regim de autostrada, respectiv variante ocolitoare ale unor localitati executate in regim de drum national, am fost obligat sa analizez continutul CAIE­TELOR DE SARCINI PENTRU LU­CRARI DE TERASAMENT de la:

• Bypass Arad – in regim de autostrada Km 0+000 – Km 12+000;

• Varianta de ocolire Caransebes – in regim de D.N. Km 0+000 – Km 12+082;

• Centura ocolitoare Deva – Orastie in regim de autostrada Km 0+000 – 32+500.

Si am ajuns la urmatoarele concluzii:

1. Caietele de sarcini sunt rezultatele unor traduceri, mai mult sau mai putin reusite, ale unui material preexistent specific pentru lucrari de terasamente, probabil intocmit initial in limba engleza.

2. In caietele de sarcini este inserat, pe langa partea tradusa aproape integral, continutul unor norme romanesti (STAS 2914-84, instructiuni AND 530/97) privind executia si controlul calitatii terasamentelor.

3. Caietele de sarcini se doresc a fi un indrumator cadru pentru executia lucrarilor de terasamente inclu­zand conditiile care trebuie respectate in timpul executiei terasamentelor privind excavarea, transportul, compactarea, realizarea corecta a geo­metriei acestora cat si controlul calitatii lucrarilor de terasamente.

4. Caietele de sarcini stabilesc cadrul de colaborare anteprenor (constructor) – beneficiar (consultanta) atri­buindu-i acestuia din urma puteri discretionare in diversele etape de realizare a lucrarilor de terasamente.

Odata intocmit si acceptat, caietul de sarcini devine, pentru antreprenor, indrumator – cadru (Biblie) care-l obliga ca, prin toate procedurile aplicate, sa respecte cerintele caietului de sarcini.

Tinand seama de cele afirmate anterior, se impune ca acest CAIET DE SARCINI sa fie clar, concis, corect si la obiect intocmit pentru cele doua componente ale ansamblului Rambleu – Teren de fundare si anume separat pentru rambleu, respectiv separat pentru terenul de fundare al acestuia.

In cele ce urmeaza ma voi referi la prevederile din cele trei caiete de sarcini privind verificarea terenului suport al rambleului (terenul de fundare al rambleului).

lVarianta de ocolire Deva-Orastie (citez din Caiet de sarcini):

– Inainte de constructia umplerii pamantului pentru terasamente, si dupa eliberarea, neacoperirea solului vegetal si compactarea pamantului trebuie verificate gradul de compac­tare si deformarea pamantului la baza.

– Gradul de compactare prin proceduri clasice.

– Deformarea pamantului la baza (teren de fundare rambleu) prin metoda deflectometrului cu manere (pro­babil metoda Benkelmann).

– Gradul de compactare al pamantului de la baza trebuie sa atinga valorile din tabelele nr. 2 STAS 2914 – 84.

– Capacitatea de suportare (pro­babil capacitatea portanta) este considerata atinsa la nivelul bazei, daca deformarea elastica generata de incarcarea din vehiculul etalon are valori mai mari decat cele admisibile.

• Varianta de ocolire Caran­sebes (citez):

– Gradul de compactare, pe terenul de sub rambleu si pe fiecare strat intermediar din corpul rambleului va fi verificat in minimum trei puncte uniform distribuite pe fiecare 2.000 m2.

– Masurarea deflexiunilor este ceruta la nivelul fundatiei rambleelor si la nivelul patului drumului (la stratul de forma) si este determinata indirect capacitatea portanta (cum?). Masuratoarea deflexiunilor se face cu ajutorul parghiei Benkelmann.

– Se considera capacitatea portanta necesara reali­zata, daca deformatia elastica are valori mai mici decat cea admisa.

– Gradul de compactare al tere­nului de fundare trebuie sa atinga valorile din tabelul nr. 2 din STAS 2914-84.

• Bypass Arad – in regim de autostrada (citez):

– Pentru a verifica calitatea pamantului de fundare se vor preleva 3 probe pentru fiecare 100 m din lungimea drumului. Analiza si testele vor fi facute conform tabelelor nr. 1a si 1b STAS 2914-84.

– Capacitatea portanta a stratului de fundare este considerata atinsa atunci cand valorea deformatiei elastice este mai mica decat cea admisa.

– Gradul de compactare pentru solul de fundare trebuie sa atinga valorile din tabelul 4 si 5 din prezentul caiet de sarcini.

Din cele prezentate anterior rezulta faptul ca in niciunul din caie­tele de sarcini amintite, masivul de pamant suport al rambleului nu este tratat ca si teren de fundare fiind denumit, respectiv perceput, in mod diferit in cele trei caiete de sarcini si anume:

– pamantul de la baza rambleului – varianta de ocolire Deva – Orastie,

– teren de sub rambleu – varianta de ocolire Caransebes,

– strat de fundare – Bypass Arad.

Rezulta ca autorii caietelor de sarcini nu au avut in vedere un teren de fundare pe care reazema rambleul inalt (constructie din pamant) conform definitiei consacrate a terenului de fundare care, in acest caz, este definit, in adancime, de zona activa z₀ a rambleului.

Controlul de calitate recomandat la nivelul superior al masivului de pamant suport al rambleului, prin determinarea gradului de compac­tare este neadecvat deoarece in cazul cel mai simplu, corpul rambleului reazema direct pe terenul natural, evident dupa ce a fost indepartat stratul de sol vegetal si nu pe un strat de umplutura din pamant pentru care s-a determinat prin metoda Proctor, umiditatea optima de compactare w_opt respectiv g_dmax.

De asemenea, determinarea capacitatii portante a masivului de pamant suport al rambleului prin masurarea deflexiunilor cu ajutorul parghiei Benkelmann, deflexiuni ce defi­nesc niste deformatii elastice – si nu parametrii de capacitate portanta, este nerelevanta deoarece:

– Adancimea de influenta, sub amprenta pneurilor autocamionului etalon, este de circa 70 – 80 cm, cu mult mai mica decat zona activa a rambleului Z₀.

– Incarcarea din trafic si din greutatea proprie a rambleului actioneaza, in suprafata de contact rambleu – teren de fundare, in regim static, situatie in care componenta elastica din deformatia totala (tasarea totala) nu este semnificativa deoarece o reve­nire elastica, urmare unei incarcari din trafic, la acest nivel, nu este posibila pentru simplul motiv ca influenta dinamica din trafic se resimte doar la cca. 1,2 m … 1,3 m sub nivelul imbracamintei.

CONCLUZII

Din cele prezentate anterior privind problematica pusa in discutie, a neconcordantelor semnalate, pentru eliminarea confuziilor privind controlul calitatii executiei rambleului pentru cai de comunicatie terestre imi permit sa evidentiez urmatoarele pareri:

1. Ansamblul constructiei din pamant (rambleu) – teren de fundare trebuie tratat in conceptul conlucrarii constructiei cu terenul de fundare iar aspectele tehnice caracteristice celor doua componente trebuie tratate in mod separat.

2. Constructia din pamant (rambleul) trebuie realizata conform cu prevederile normelor tehnice in vigoare privind calitatea materialului pentru terasamente (pamantul) asu­pra caruia se vor efectua, in mod obligatoriu, incercarile de laborator specifice cat si a punerii acestui material in opera cu respectarea geometriei in sectiunea transversala a constructiei de pamant proiectata.

3. Terenul de fundare pe care se executa constructia din pamant (rambleul) trebuie cercetat prin investigatii geotehnice de teren si laborator conform SREN 1997-2 / aprilie 2008.

Investigatiile de teren in lungul traseului, ca distanta dintre punctele de investigare cat si adancimea de investigare, trebuie sa respecte reco­mandarile din anexa B paragraful B.3 punctul B.3.

4. Pe baza rezultatelor obtinute din investigatia geo­tehnica efectuata in mod corect, profesionist si in laboratoare autorizate, trebuie analizate, in functie de litologia din zona, posibitatile de cedare a rambleelor admitand o schema de cedare functie de alternanta stratificatiei din zona luata in considerare.

5. In ceea ce priveste controlul calitatii executiei corpu­lui rambleului, consider ca se impune controlul cali­tatii compactarii, pe strate elementare puse in opera, prin deter­minarea gradului de compactare D_pr prin procedee clasice completate prin incercari dinamice cu placa rigida iar pentru un pachet de umplutura de circa 1,0 m sa se determine capacitatea portanta prin incercari statice de proba cu placa rigida avand diametru de 60 cm.

6. La nivelul superior al stratului de forma, controlul calitatii compactarii sa se faca cu placa rigida, completat cu masuratori ale deflexiunilor cu parghia Benkelmann.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 76 – noiembrie 2011, pag. 18

Autor:
prof. dr. ing. Tadeus Schein – director general SC TERRASOND SRL