Constructii de sustinere din pamant armat

Pamantul reprezinta cel mai vechi si cel mai la indemana material utilizat in constructii. Evolutia, in timp, a metodelor de executie si a calculelor din domeniu au facilitat aparitia unor sisteme extrem de eficiente, rapide si economice, legate de cresterea capacitatii portante si a stabilitatii pamantului, prin armarea acestuia.

Conceptul de pamant armat isi regaseste utilizarea inca de la construirea Marelui Zid Chinezesc. Aceasta constructie este o marturie a eficientei sistemului, realizat in acea perioada cu ajutorul impletiturilor din bambus, intercalate cu straturile de pamant.

Arhitectul Henri Vidal este cel care, in anul 1965, in Franta, a regandit metoda si a propulsat ideea pamantului armat cu fasii metalice, sub conceptul de Terre Armée.

 Datorita evolutiei pe piata industriala, a materialelor plastice, in anii `70 a fost propusa si sustinuta ideea utilizarii materialelor polimerice pentru fabricarea geosinteticelor, folosite, pentru inceput, la realizarea structurilor de pamant armat.

In anii ce au urmat, acumuland experienta si curaj sporite de faptul ca eficienta acestor materiale era evidenta, creativitatea celor implicati in fabricarea geosinteticelor a dus la dezvoltarea unor materiale specifice fiecarui domeniu din constructii, cu caracteristici si functii precise, care stau la baza unor lucrari remarcabile, realizate pe tot mapamondul.

In Romania, una dintre primele lucrari la care s-au realizat ziduri din pamant armat cu benzi metalice dateaza din anul 1973. Lucrarea a fost proiectata de Catedra de Geo­tehnica si Fundatii a Facultatii Poli­tehnice din Timisoara si s-a realizat pe DN 24 Timisoara-Lugoj.

Abordarea teoretica a conceptului de pamant armat este data de ideea conlucrarii a doua materiale diferite, care se completeaza reciproc si anume pamantul (necoeziv sau coeziv), asociat cu armatura geosintetica cu rol de preluare a eforturilor de intindere, rezultand un compus eficient in stabilizarea unui masiv de pamant.

Constructiile de sustinere, compuse din pamant si material geosintetic, sunt lucrari stabile, eficiente si rezistente in timp, cu conditia ca materialul de armare sa fie ales corect, in functie de caracteristicile pamantului si de solicitarile asupra intregului sistem. Punerea in opera a unor astfel de lucrari este, de asemenea, importanta pentru andu­ranta si exploatarea in siguranta a constructiei respective.

Geosinteticele au adus cu ele nu doar o ramura tehnologica complet noua, dar si posibilitatea abordarii unor domenii prin solutii excep­tionale, permitand realizarea concep­telor de armare si apoi confinare, controlul scurgerii apei si, deci, controlul eroziunilor interne si externe si imbunatatirea, uneori radicala, a unor caracteristici fundamentale ale pamantului.

STRUCTURI DE SUSTINERE DIN PAMANT ARMAT

Caracteristicile geometrice ale unei structuri de sustinere sunt impuse si adaptate fiecarei lucrari in parte, luand in considerare influentele climaterice, elementele geografice, posibilele catastrofe naturale, constructiile adiacente, deja existente sau care urmeaza sa fie construite etc., toate sustinute de standarde, norme si ghiduri de proiectare adaptate tarii noastre (fig. 1).

Lucrarile de acest gen sunt extrem de usor de implementat in orice peisaj deoa­rece materialul geosintetic permite modelarea structurii cu forme multiple, atat in plan cat si pe verticala si mai mult decat atat, fatada elementului de sprijinire poate fi realizata in multe variante, care urmeaza sa fie dezbatute in continuare.

Elementele componente ale unei structuri geotehnice de sprijin din pamant armat sunt:

• pamantul armat, constituit dintr-o alternanta de straturi de pamant compactat (in general necoeziv) si armaturi geosintetice sau metalice;

• umplutura din spatele structurii de pamant armat;

• terenul natural din spatele intre­gii structuri;

• terenul de fundare de sub struc­tura de pamant armat;

• elementele de fatada (parament);

• conexiuni;

• fundatia.

In functie de materialul de umplutura utilizat la realizarea unei structuri de sustinere din pamant armat si in functie de solicitarile care urmeaza sa actioneze pe acesta, exista trei categorii de materiale geosintetice de armare folosite: geotextile, geocompozite si geogrile.

Geosintetice utilizate la realizarea structurilor de sustinere din pamant armat

In cazul in care pamantul de umplutura este unul coeziv iar inal­timea finala a structurii sau inclinarea frontului au valori medii, se pot folosi geotextile cu caracteristici bune la solicitari de tractiune, cu permeabilitate buna si rezistenta minima necesara la poansonare.

Geotextilele sunt realizate, in marea lor parte, din mase plastice care, dupa Koerner, au urmatoarele proportii: – polipropilena 64%, poliester 32%, poliamida 2%, polietilena 2%. Pentru nevoi speciale se rea­lizeaza si geotextile biodegradabile din polimeri naturali sau din alte materiale naturale pentru durate de serviciu limitate.

Felul de incrucisare/legare a fire­lor se numeste legatura. Procesul de realizare a acestor legaturi influenteaza, in mod direct si conside­rabil, caracteristicile materialului geosintetic. Modul de fabricare a acestor legaturi in materialele geosintetice se face prin tesere in linie, prin tesere diagonala, tesere cu ace (ace special realizate, al caror capat ascutit este prevazut cu o forma gen carlig fiind distribuite uniform pe palete), prin tesere cu jet de apa sub presiune (consolidare prin intertesere) sau termosudare, folosin­du-se fibre continue sau fibre discontinue.

Din punct de vedere al procesului de fabricare, geotextilele sunt reali­zate prin procedeul mecanic (coasere / tesere), adeziv (lipire) sau coeziv (topire).

In general, prin teserea in linie se obtin materiale geotextile rezistente la actiuni mecanice iar teserea dia­gonala are ca rezultat crearea geo­textilelor cu tesatura densa. Modul de fabricare a fiecarui geotextil in parte ii modifica acestuia, considerabil, o gama larga de caracteristici utile pentru functia pe care materialul urmeaza sa o indeplineasca pe/in teren. Proprietatile generale si relevante ale geotextilelor se rezuma la functia pe care o indeplinesc.

Beneficiind de toate avantajele geosinteticelor puse in opera in ultimii ani, utilizatorii au incercat sa gaseasca noi combinatii din gama acestor produse, care sa imbine proprietatile si functiile unora cu ale celorlalte, astfel incat s-a ajuns la o serie de fabricate complexe, denumite geocompozite. Sunt combinatii de materiale din care, in general, cel putin unul este un material geotextil. Data fiind marea lor diversitate, geocompozitele utilizate la structuri de sprijin sunt definite ca materiale compuse din geotextil armat la randul sau cu fibre polimerice sau de sticla.

Geocompozite fabricate dintr-un geotextil si o retea din polimeri sau fibre de sticla, sunt utilizate, in ge­neral, la armarea pamanturilor, a straturilor rutiere si la sustinerea straturilor portante la lucrari de piloti. Reteaua poate fi realizata din fibre de polietilena de inalta densitate, fibre de sticla, fibre de sticla tip E, polivinil alcool, fabricata fie ca o retea ordonata cu ochiuri de dimensiuni bine stabilite, fie ca un conglomerat de fire continue. Aceste materiale ofera o buna armare in timp datorita retelelor din componenta, prezentand deformatii mici sub actiunea eforturilor de lunga durata, o buna conlucrare cu dife­ritele pamanturi, datorita structurii si flexibilitatii materialului. Totodata, asigura o protectie ridicata impotriva deteriorarii meca­nice, datorita combinatiei de materiale din componenta, precum si o excelenta filtrare in timp, fiind un filtru stabil ca urmare a functiei de separare a straturilor de diferite granulozitati.

La lucrari de armare sunt incluse atat lucrari de sprijin noi cat si refa­cerea pantei, in cazul alunecarilor de teren.

Se poate utiliza si un material de umplere de calitate mai slaba, dat fiind faptul ca se va compacta strat cu strat iar influenta geotextilului este categoric benefica. Astfel, se pot realiza, prin proiecte bine verificate, structuri usoare pe spatii restranse, care sa reduca substantial impactul asupra mediului inconjurator. In mod normal, nu este necesara realizarea unei fatade structurale pentru taluzuri armate de 450 sau mai line.

Daca materialul de umplutura este un pamant necoeziv se vor utiliza geogrile cu deschiderea ochiuri­lor adaptata valorilor medii ale granu­lelor din componenta umpluturii.

Posibilitatea de a realiza foi din mase plastice mai groase de 1-2 cm a dus la ideea de a crea un nou produs, sub forma unei retele cu goluri mari in raport cu nervurile ei.

Pentru a se obtine un produs monolit, pornind de la folia de baza care poate fi din polietilena de inalta densitate, poliester de inalta rezistenta, polipropilena, poliamide aroma­tice, polivinilalcool sau fibre de sticla, se folosesc urmatoarele tehnologii:

• Prin fante taiate intr-o folie de polietilena. Urmeaza apoi etirarea, operatie de intindere a fibrelor sinte­tice, in scopul orientarii macromoleculelor si al cresterii rezistentei lor la o temperatura controlata, de regula pe doua directii: mai intai pe sens longitudinal si apoi in sens transversal, astfel incat sa se evite fracturarea structurii moleculare.

• Prin stantarea unor goluri, circulare de obicei, dupa care se continua procesul de etirare ca si in prima tehnologie.

• Producerea de benzi independente care se dispun in retea, iar la noduri sunt sudate sau lipite prin topire-compresiune.

Geogrilele, indiferent de producator, au cateva caracteristici comune cum ar fi:

• suprafata golurilor este foarte mare in raport cu cea a nervurilor ce constituie reteaua;

• in noduri, grosimea este de 2-3 ori mai mare decat grosimea nervurilor;

• rezistentele diferite pe directiile transversale si longitudinale.

Inglobate in pamant sau in alt material, geogrilele actioneaza atat prin frecarea care se produce intre retea si materialul de pe ambele fete, cat si prin interactiunea geogrila cu materialul respectiv, in special dupa compactarea ce are loc cu ocazia punerii in opera.

Sunt folosite la armarea unor straturi din materiale granulare neco­ezive, care acti­oneaza asupra masei agregatelor, reducand depla­sarea laterala a acestora – refularea lui – si marind, deci, capacitatea sa portanta, datorita inclestarii materialului granular in geometria geogri­lei. Se pot realiza, astfel, sub diverse forme de retea, cum ar fi: patrata, dreptunghiulara, dreptun­ghiulara alun­gita subtire sau groasa, romboidala sau triunghiulara.

In oricare dintre situatiile expuse, exista doua tipuri principale de interactiune intre armatura geosintetica si pamant. Cea mai importanta este ancorarea ce determina transferul de efort dintre armatura si pamantul cu care intra in contact. A doua forma de interactiune este rezistenta la lunecare directa.

Materiale necesare realizarii unei lucrari de pamant armat

In astfel de lucrari sunt implicate, de regula, urmatoarele materiale geosintetice (fig. 2):

1. geogrila sau georetea cu rol de antieroziune pentru suprafata care protejeaza pamantul vegetal si sus­­tine cresterea plantelor;

2. pamant local care nu necesita imbunatatiri, deoarece se va adapta geosinteticul de armare la caracte­risticile terenului;

3. geocompozit pentru drenarea si colectarea apei;

4. geotextil tesut cu rol de separare si filtrare;

5. geocompozit de armare utili­zat atunci cand pamantul de umplutura este unul coeziv;

6. geogrila folosita in combinatie cu pamanturi necoezive.

Caracteristicile geometrice ale unei structuri de sustinere sunt impuse si adaptate fiecarei lucrari in parte, luand in considerare influentele climaterice, elementele geo­grafice, posibilele catastrofe naturale, constructiile adiacente, deja existente sau care urmeaza sa fie construite etc., toate sustinute de standarde, norme si ghiduri de proiectare adaptate tarii noastre. Lucrarile de acest gen sunt extrem de usor de implementat in orice peisaj, deoarece materialul geosintetic permite modelarea structurii, cu forme multiple atat in plan cat si pe verticala si mai mult decat atat, fatada elementului de sprijinire poate fi realizata in multe variante (inierbate, piatra dispusa sub forma de gabioane, placi prefabricate sau monolite din beton).

Pentru realizarea zidului de sprijin de pamant armat cu fatada inierbata, sunt necesare cel putin urmatoarele elemente:

• personal: 2 muncitori necalificati in constructii, un sofer specializat;

• utilaje: un excavator si/sau un incarcator pe senile; un utilaj de compac­tare prin vibratii;

• materiale: aditional materialelor folosite pentru armarea pamantului, sunt necesare urmatoarele materiale/obiecte: spray colorat, ruleta (20 m), sarma pentru legat, cleste, foarfeca si/sau cutter, lopata, cutit pentru bolturi/buloane, eventual doua capre din lemn si o teava metalica de 6 m (diametrul aproximativ 60-100 mm).

Dupa faza de amenajare a san­tierului, se poate presupune o evo­lutie a constructiei de 50 m2 supra­fata zid de sprijin, pe zi. Ziua de munca trebuie sa se incheie cu montarea completa a unui strat.

Cofrajul:

• cofraj pierdut din grilaj de otel, indoit la unghiul cerut (1). Nu se foloseste tabla ondulata si doar daca este necesar se introduc profile me­talice U pentru rigidizare;

• 4 carlige de ancorare (3) pentru fiecare cofraj de aproximativ 3 m lungime, taiate exact la lungimea necesara grilei de otel si prefabricat curbate la capete;

• geogrila cu rol antieroziv, care incarneaza pamantul vegetal susti­nand cresterea plantelor gata insa­mantate sau sadite ulterior.

Taluzul existent (din spatele zonei armate) trebuie stabilizat si amenajat impotriva eroziunii si cedarii pamantului. De asemenea, trebuie evitata formarea scurgerilor de apa cauzate de ploi peste constructia in derulare a zidului de sprijin. Materialul de umplutura trebuie protejat impotriva umiditatii, prin aco­perirea adecvata, pentru a se putea ajunge la gradul de compactare cerut in timpul punerii acestuia in opera, indeosebi la folosirea materialului de umplutura coeziv. Trebuie acordata o mare atentie drenarii dintre acesta si taluzul existent, pentru a evita actiunea defavo­rabila a impingerii hidrostatice. Terenul suport trebuie sa atinga o capacitate portanta corelata cu inaltimea zidului de sprijin si incarcarile aduse de acesta (fig. 3).

Fasiile taiate se asaza cu directia longitudinala perpendiculara pe muchia taluzului. Materialul se intin­de, fara cute si usor pretensionat, iar fasiile invecinate se suprapun pe o lungime de aprox. 20 cm, lungime impusa de fiecare producator de materiale geosintetice in parte.

Grilajul de otel, aplecat la unghiul de inclinare al zidului de sprijin armat, se monteaza peste primul strat de geocompozit sau geogrila deja instalat. Este important ca si elementul de cofrare sa se pozi­tioneze pe suprafata plana, pentru a se evita schimbarea unghiului de inclinare a zidului de sprijin.

Cofrajele adiacente se suprapun (asa incat elementele verticale sa se suprapuna) si se leaga cu sarma in 3 locuri pentru a se evita alunecarea in timpul turnarii sau compactarii materialului de umplutura. La fel se va proceda si in cazul gabioanelor sau al blocurilor prefabricate din beton. In ultimul caz, materialul geosintetic se intercaleaza intre fiecare bloc, pe verticala.

Ca si material de umplutura se poate folosi pamantul de la fata locului, atata timp cat acesta se poate compacta la minim 98% densitate Proctor. La pamanturi coezive saturate, problemele legate de compactare pot fi critice; in partea fron­tala a taluzului (3,0 m pana la 0,5 m spre interior) se toarna pamant fertil, adecvat cresterii vegetatiei, cu gra­nulatie de max. 40 mm. Cu ajutorul excavatorului, respectiv incarcatorului pe senile, se toarna si se impras­tie pamantul pe inaltimea stabilita in proiect. Grosimea unui strat turnat este dependenta de distanta necesara, calculata intre doua straturi de geosintetic si de capacitatea de compactare a utilajului folosit. Se recomanda sa nu se depa­seasca 30 cm de material de umplutura la un ciclu de turnare si compactare.

In cazul existentei apelor subte­rane, este obligatorie instalarea drenurilor adecvate in spatele si respectiv sub zidul de pamant armat. Drenarea in plan se va face, in acest caz, prin intermediul materialelor geosintetice rezistente la compresiuni mari, aici fiind, de regula, introduse geocompozite speciale pentru drenare. Apa acumulata se va dirija in spatele zidurilor de sprijin si se va devia intr-un colector. Drenul se va construi pe minim 2/3 din inaltimea zidului de sprijin. Deoarece pamantul armat este o constructie flexibila, care  prin deformare genereaza anumite tensiuni, se pot realiza cu usurinta constructii adiacente precum sisteme de colec­tare sau tevi de drenare. Presiunile locale se transfera, cu usurinta, in terenul de fundare astfel incat nu apare fenomenul de instabilitate a sistemului. La lucrari adiacente mai voluminoase, care influenteaza mai mult decat o fasie din zidul de sprijin de pamant armat, proiectul de dimensionare al acestuia va fi adaptat ca atare.

Elemente de fatada utilizate la realizarea structurilor de sustinere din pamant armat

Un alt avantaj al acestor solutii este diversitatea mare a elementelor de fatada ce se pot adapta extrem de bine oricarui mediu in care se construieste un sistem de sprijin din pamant armat. Important, din punct de vedere arhitectural dar si in ideea pastrarii mediului inconjurator cat mai putin agresat posibil, fatadele pot fi, in marea lor majoritate, alese independent de metoda de realizare a corpului structurii de sustinere.

In general, fatada indeplineste urmatoarele functii:

• da o forma exterioara structurii, oferind o alura necesara pentru incadrarea in peisaj;

• previne eroziunea pamantului prin asigurarea unui suport pentru pamantul din corpul masivului;

• in unele cazuri, asigura ancorarea armaturilor in zona activa.

Principalele tipuri de fatade sunt:

• panouri prefabricate din beton, cu inaltime mai mica decat inaltimea structurii, imbinate intre ele prin diferite sisteme;

• panouri prefabricate din beton, cu inaltime egala cu inaltimea structurii;

• blocuri modulare prefabricate din beton;

• elemente metalice;

• gabioane;

• materiale geosintetice intoarse la fata zidului;

• elemente montate dupa constructie, in cazul geosinteticelor intoar­se la fata structurii, realizate din beton torcretat, beton, panouri prefabricate din beton, lemn sau alte materiale, zidarie de piatra bruta ancorata de fatada elastica din plase de otel beton sau fatade din traverse recuperate. Aceste elemente au un rol preponde­rent de protectie a geosinteticelor contra intemperiilor, eroziunii la suprafata, vandalismului etc.

CONCLUZII

Faptul ca geometria intregii constructii este maleabila si flexibila, putand fi adaptata oricarei locatii, confera acestor lucrari un avantaj in plus pentru alegerea unei astfel de solutii. Verificarea stabilitatii interne si externe se realizeaza cu programe speciale de calcul, care iau in considerare teoriile si pasii de abordare conform normativelor.

Alegerea materialului geosintetic se face in functie de pamantul de umplutura si caracteristicile necesare de conlucrare geosintetic-pamant.

BIBLIOGRAFIE

1. M.B. DeGroot & G. Den Hoedt & R.J. Termaat. Geosynthetics: Applications, Design and Construction, European Geosynthetics Conference Maastricht, Netherlands, 1996, pp 499-508;

2. D.V. Moldovan. Contri­butii pri­vind utilizarea materialelor geo­sin­tetice in masivele de pamant armat, PhD Paper, Cluj, Romania, pp 259-193, 2010;

3. J. Mueller-Rochholz. Geokunststoffe im Erd – und Straßenbau, Werner Verlag, Dusseldorf, Germany, pp 422-431, 2005;

4. http://www.tencate.com. „Ghid privinid proiectarea structurilor din pamant armat cu materiale geosintetice si metalice GP-093-06“.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 91 – aprilie 2013, pag. 54

Autori:
as. dr. ing. Luiza Roman,
as. dr. ing. Octavian Roman – Universitatea „Politehnica“ Timisoara, Facultatea de Constructii, Departamentul Cai de Comunicatii Terestre, Fundatii si Cadastru