Solutii moderne si eficiente de stabilizare a terenurilor de fundare

Terenurile disponibile pentru amplasarea constructiilor ingineresti sunt intr-o continua scadere, aceasta situatie combinata cu preturile destul de ridicate ale acestora determina tot mai multi investitori sa aleaga ca teren de fundare pamanturi ce prezinta o capacitate portanta slaba, terenuri care nu pot asigura buna functionare si nici exploatarea constructiei in conditii de siguranta si confort.

Pamanturile ale caror proprietati ingineresti nu prezinta siguranta pentru amplasarea constructiilor ingineresti sunt, in general, cele care contin fractiuni mari de argila, in special argile montmorillonitice, deoarece acestea pot suferi variatii mari de volum atunci cand sunt supuse unui proces de uscare-umezire.

Datorita modului de formare al pamantului, prin dezagregarea fizica si/sau chimica a rocilor, suprafata scoartei terestre este alcatuita, in cea mai mare parte, din pamanturi nesaturate, iar acest lucru le face sa aiba o comportare complexa, care ofera inginerilor constructori multe provocari. Un rol important, in comportarea complexa a pamanturilor, il reprezinta factorul climatic, deoa­rece, in perioadele calde (secetoase), are loc o evaporare a apei din scheletul pamantului, ceea ce conduce la contractia si apoi la fisurarea lui. Procesul invers, si anume acela de umflare, are loc in perioadele ploioase atunci cand, datorita infiltrarii apei in scheletul pamantului, fisurile se inchid. Acest lucru nu conduce neaparat si la eradicarea totala a contractiei pamantului indusa in perioadele calde.

Prezenta apei in scheletul paman­tului are ca efect scaderea capa­citatii portante deoarece se inter­pune intre particulele masei de pamant slabind fortele de atractie dintre acestea. Fortele de atractie dintre particule depind atat de forma particulei cat si de compozitia chi­mica si mineralogica a pamantului. Deci, comportarea pamantului depinde de toate cele trei faze constituente (faza solida, faza lichida, faza gazoasa) precum si de interactiunea intre si in cadrul fazelor. Raportul dintre cele trei faze componente este dictat de modul de aranjare relativa a particulelor intre ele sau a lanturilor de particule, deci, de structura pamantului conferita de conditiile de geneza si de actiunile la care pamantul a fost supus in de­cursul existentei lui [1].

Procesul de stabilizare se poate aplica cu succes in cazul pamanturilor cu granulatie fina, cum sunt pamanturile argiloase si namolurile, insa poate avea rezultate favorabile si in cazul pamanturilor nisipoase, care contin un procent semnificativ de particule fine (minerale argi­loase). Prin folosirea termenului de imbunatatire a terenului de fundare se intelege o crestere, cu un grad mai mic sau mai mare, a proprietatilor ingineresti ale acestuia, in timp ce termenul de stabilizare implica automat cresterea proprietatilor geotehnice ale pamantului astfel incat acesta sa poata sustine sarcinile provenite de la constructiile ingineresti.

Procedeul de stabilizare produce urmatoarele efecte asupra terenului de fundare, si anume:

• creste rezistenta la forfecare;

• reduce permeabilitatea;

• reduce compresibilitatea.

PROPRIETATILE GEOTEHNICE ALE PAMANTULUI CU ROL ESENTIAL IN PROCESUL DE STABILIZARE

Volumul de goluri din interiorul pamantului poate suferi modificari substantiale pe parcursul perioadei de evolutie, in functie de factorii climatici ai zonei in care se afla pamantul respectiv. Aceasta modificare de volum, datorata, in principal, adsorbtiei sau evaporarii apei din porii pamantului, poate conduce la aparitia unor eforturi suplimentare in elementele structurale ale unei constructii, afectand astfel buna sa exploatare.

Stabilitatea constructiilor ingineresti depinde de rezistenta si de caracte­risticile de compresibilitate ale terenului de fundare. Atunci cand dorim amplasarea unei constructii ingineresti pe un anumit amplasament este necesara cunoasterea proprietatilor geotehnice ale acestuia pentru a putea determina masurile ce pot fi luate in scopul asigurarii stabilitatii si sigurantei constructiei.

In cazul pamanturilor argiloase si a celor cu un continut semnificativ de particule fine (minerale argiloa­se), caracteristicile fizice, care influenteaza, intr-un fel sau altul, comportarea lor, sunt: plasticitatea, consistenta, porozitatea, indicele porilor, umiditatea naturala si gradul de umiditate.

O alta caracteristica, importanta in procesul de stabilizare, este permeabilitatea pamantului. Permeabilitatea depinde de volumul, de forma si dimensiunile porilor. De asemenea, pentru evaluarea deformatiilor si a capacitatii portante a pamantului este necesara si cunoasterea caracteristicilor mecanice precum compresibilitatea, consolida­rea si rezistenta la forfecare.

Plasticitatea si consistenta

Plasticitatea este o caracteristica comuna majoritatii rocilor insa este specifica, indeosebi, rocilor moi. Plasticitatea reprezinta proprietatea rocilor de a se deforma sub actiunea unei incarcari externe fara a-si mo­difica volumul, iar dupa indepartarea incarcarii aceasta deformatie se pastreaza. Starea plastica a rocilor apare intr-un anumit domeniu de valori ale umiditatii, domeniu definit de Atterberg. Daca umiditatea unei roci este in afara limitelor Atterberg, atunci spunem ca roca nu se mai afla in starea plastica.

Determinarea indicelui de plasti­citate se poate face cu ajutorul relatiei 1, iar aprecierea plasticitatii unei roci se face, in functie de va­loarea indicelui de plasticitate, conform tabelului 1.

I_p = w_L – w_p         (1)

unde:

I_p = indice de plasticitate;

w_l = limita superioara de plasticitate;

w_p = limita inferioara de plasticitate.

Plasticitatea rocilor (pamanturilor) depinde de natura mineralogica si de forma mi­neralelor din care este alcatuit pamantul, precum si de vascozitatea fluidului din porii sai. Cu cat fluidul din porii pamantului este mai vascos, cu atat plasticitatea masei de pamant este mai mare. Dintre mineralele argiloase, montmorillonitul are cea mai mare plasticitate, pe cand mineralele, precum cuartul sau feldspatul, nu sunt plastice. Dimensiunea particulelor influenteaza direct plasticitatea. Cu cat dimensiunea particulelor minerale este mai mica, cu atat plasticitatea rocilor creste.

Consistenta este un termen folo­sit pentru a indica gradul de rigiditate al pamanturilor coezive.

Determinarea indicelui de consistenta se face cu ajutorul relatiei 2.

unde:

I_c = indice de consistenta;

w_l = limita superioara de plasticitate;

w = umiditatea naturala;

I_p = indicele de plasticitate.

In functie de valoarea indicelui de consistenta si a indicelui de lichiditate, aprecierea starii de consistenta se poate face conform tabelului 2.

Determinarea indicelui de lichiditate se face astfel:

I_L = 1 + I_C      (3)

unde:

I_L = indicele de lichiditate;

I_C = indicele de consistenta.

Gradul de umiditate (saturatie)

Gradul de umiditate defineste proportia in care se gaseste apa in porii pamantului.

unde:

S_r = gradul de saturatie;

V_w = volumul apei din pori;

V_g = volumul porilor.

Daca toti porii pamantului sunt plini cu apa adica V_w = V_p rezulta ca roca este saturata (S_r = 1), iar daca V_W = 0, rezulta ca roca este perfect uscata si gradul de saturatie este zero. In functie de valoarea gradului de umiditate pamanturile se pot clasifica conform tabelului 3.

Indicele de activitate al pamantului

Variatele caracteristici de umflare a pamanturilor au fost clasificate de Skempton, pe baza unui coeficient numit indice de activitate (I_A). Astfel, conform lui Skempton, gradul de activitate al unui pamant poate fi exprimat prin relatia 5.

unde:

I_A = indice de activitate;

I_p = indice de plasticitate;

A₂ = procentul de particule cu dimensiuni mai mici de 2 mm.

Clasificarea pamanturilor, dupa indicele de activitate I_A, caldura maxima de umezire q_{u max} si umiditatea corespunzatoare suctiunii de 15 bari w₁₅, se face conform tabelului 4. Pamanturile ale caror indice de activitate este mai mare decat 1,25 pot fi considerate ca apartinand tipului de pamant predispus umflarilor.

Permeabilitatea pamanturilor

Permeabilitatea este proprietatea pamanturilor care permite apei sa circule prin porii sai. In pamanturi, golurile sunt distribuite intr-o ma­ni­era mai mult sau mai putin uniforma si intotdeauna sunt interconectate. Permeabilitatea nu depinde de volumul total al golurilor, ci depinde de marimea lor.

Curgerea apei prin golurile interconectate poate sa fie turbulenta (moleculele de apa au trasee nere­gulate si haotice), sau poate fi laminara (moleculele de apa descriu linii de curent continue, paralele). Tipul de debit este important in opera­tiunea de stabilizare deoarece materialul folosit pentru stabilizare va inlocui apele subterane, in timpul curgerii laminare si se va amesteca cu apa subterana, in timpul curgerii turbulente. Deoarece permeabilitatea este un factor important in realizarea proiectelor de stabilizare, este necesara o determinare corecta a sa. Coeficientul de permeabilitate variaza de la 10-2 cm/sec, in cazul pietrisurilor curate, pana la 10-11 cm/sec, in cazul argilelor.

Domeniile, respectiv curbele prezentate in figura 1 au un caracter orientativ, deoarece, la aceeasi compozitie granulometrica, un nisip indesat are o permeabilitate mai mica decat acelasi nisip afanat [3]. Deci, compozitia granulometrica singura, fara luarea in considerare a starii fizice a pamantului (a poro­zi­tatii sale), nu poate oferi informatii cantitative sigure asupra coeficientului de permeabilitate, ci, cel mult, ordinul de marime [3].

Compresibilitatea si consolidarea

Compresibilitatea reprezinta capa­citatea pamantului de a-si reduce volumul (prin reducerea volumului porilor) datorita greutatii proprii sau atunci cand este supus unei incarcari exterioare.

Consolidarea repre­zinta tasarea, in timp, a pamantului saturat. Astfel, atunci cand acesta este supus la o presiune exterioara, presiunea aplicata este, initial, preluata de apa din pori, rezultand o presiune in exces a apei din pori. In timp, presiunea aplicata se transfera scheletului pamantului care, la randul sau, cauzeaza o reducere a apei din pori. Deci, consolidarea este un proces ce apare simultan cu indepartarea apei in afara masei de pamant si cu un transfer, gradual, al presiunii de la apa din pori la scheletul mineral.

Consolidarea este insotita de o micsorare a porozitatii si a volumului pamantului datorita rearanjarii mai dense a particulelor de pamant, conducand, astfel, la sporirea rezistentei pamantului prin cresterea numarului punctelor de contact dintre particule. Consolidarea este specifica in special pamanturilor argiloase deoarece depinde de permeabilitate. Cum nisipurile au o permeabilitate mare, eliminarea apei din pori se reali­zeaza, practic, odata cu aplicarea incarcarii.

Aprecierea gradului de compresibilitate a pamantului se face in functie de modulul de deformatie edometric (M_2-3) si de coeficientul de compresibilitate (a_v2-3) conform tabe­lului 5. Gradul de tasare, pentru un masiv de pamant, nu se poate determina decat aproximativ.

Rezistenta la forfecare

Proprietatea care ii permite pa­mantului sa ramana in echilibru, atunci cand suprafata sa nu este orizontala, se numeste rezistenta la forfecare. Rezistenta la forfecare a pamantului sau a rocii este rezistenta maxima dincolo de care stabilitatea sa nu mai este asigurata. Rezistenta la forfecare este strans legata de forma particulelor care alcatuiesc terenul de fundare deoa­rece rezistenta pamantului este influentata de contactul dintre parti­cule. Cu cat suprafata de contact dintre particule este mai mare, cu atat rezistenta pamantului va fi mai mare. Daca particulele au o forma sferica (aceasta forma fiind foarte rar intalnita in realitate) atunci suprafata de contact dintre particule va fi foarte mica, rezultand o rezistenta la forfecare scazuta. In schimb, o forma cat mai apropiata de cea a unui dreptunghi va oferi puncte de contact maxime. Aceasta este proprietatea care ofera capacitate portanta pamanturilor.

Rezistenta la forfecare este expri­mata prin ecuatia lui Coulomb si are urmatoarea forma:

t_f = s × tgf + c    (6)

unde:

t_f  = rezistenta la forfecare;

s – efortul unitar normal pe su­pra­fata de alunecare;

tgf  = coeficientul de frecare;

f = unghi de frecare interna.

Porozitatea si indicele porilor

In procesul de stabilizare, porozitatea joaca un rol important deoarece este un factor de care depinde tasarea pamantului atunci cand acesta este supus la diferite incarcari. Cu cat valoarea porozitatii este mai mare, cu atat terenul este mai predispus la tasari importante si de durata, indeosebi in cazul argilelor. De asemenea, cu cat porozitatea terenului este mai mare, cu atat acumularile de gaze si lichide sunt mai mari, ceea ce conduce la o scadere a coeziunii, respectiv la o capacitate portanta mai mica.

Porozitatea este o marime ce influenteaza direct aportul de noi substante care ar putea fi introduse in teren, cu scopul de a-i imbunatati acestuia caracteristicile geotehnice.

Determinarea porozitatii se poate face cu ajutorul relatiei 7.

unde:

V_p = volumul porilor;

V_t = volumul total al masei de pamant.

In calculele geotehnice se folo­seste adesea indicele porilor:

unde:

e = indicele porilor;

V_p = volumul porilor;

V_s = volumul particulelor solide.

MATERIALE, TEHNOLOGII SI PROCEDEE FOLOSITE LA STABILIZAREA TERENURILOR DE FUNDARE

Procesul de stabilizare consta in introducerea si amestecarea unor aditivi (agenti de stabilizare) in pamant, sub forma de pulbere sau sub forma de suspensie, cu scopul principal de a imbunatati stabilitatea de volum, rezistenta, permeabilitatea si durabilitatea pamantului.

Dezvoltarea unor rezistente supe­rioare celor initiale este posibila datorita reducerii volumului de goluri, prin inlocuirea lichidului din structura pamantului de catre agentul de stabilizare folosit. Astfel, particulele si agregatele se apropie unele de altele crescand numarul punctelor de contact, prevenind totodata si umflarea.

Stabilizarea terenului de fundare trebuie sa fie precedata de o investigatie a terenului pentru a stabili tipul si succesiunea straturilor de pamant care apar pe respectivul amplasament. Dupa evaluarea conditiilor de teren se hotaraste metoda de stabilizare care este cea mai potrivita pentru atingerea performantelor dorite. Stabilirea compozitiei ames­tecului de pamant cu agentul de stabilizare se realizeaza prin incercari de catre un laborator de specialitate [4]. Determinarea caracteristicilor initiale ale terenului de fundare este necesara nu doar pentru alegerea metodei de stabilizare, ci si pentru alegerea si determi­narea proportiei aditivilor necesari.

Datorita faptului ca stabilizarea terenului de fundare este un proces complex este necesar adesea ca lucrarile de stabilizare sa fie monito­rizate in timpul executiei. Unele tehnici folosite la investigarea tere­nului sunt necesar a fi folosite in timpul si dupa realizarea stabilizarii, astfel incat munca sa poata fi evaluata.

Materiale folosite pentru stabilizarea terenului de fundare

Ciment

Cimentul poate fi folosit cu succes la stabilizarea oricarui tip de pamant, cu exceptia pamanturilor cu un continut ridicat de materii orga­nice sau a argilelor cu plasticitate mare. Daca un pamant argilos are un continut de materii organice mai mare de 2%, atunci cimentul este considerat ca ineficient, deoare­ce pentru stabilizarea sa, materia orga­nica intarzie hidratarea cimentului, din cauza ca adsoarbe ionii de calciu preferential. In cazul acestor pamanturi adaugarea unei surse suplimentare de calciu, cum ar fi clorura de calciu sau var hidratat, poate fi o solutie care sa permita atingerea rezistentelor dorite. Stabilizarea cu ciment se foloseste, cu succes, in cazul paman­turilor argi­loase dato­rita texturii, precum si a compozitiei chimice si mineralogice a acestora.

In functie de mineralele cristaline predominante care alcatuiesc masa argilelor, acestea pot fi impartite in 3 grupe principale (argile montmorillonitice, argile caolinitice, argile illitice). Dintre mineralele ce intra in compozitia pamantului, caolinitul si illitul bine cristalizat au putin, sau nu au deloc, efect asupra hidratarii si procesului de consolidare cu ciment. In cazul argilelor cu umflari si contractii mari (argile expansive), mine­ralele au o influenta mai semnificativa asupra stabilizarii cu ciment, in functie de cantitatea in care se afla in compozitia argilei.

In general, s-a constatat ca adaugarea unei cantitati mici de ciment (de pana la 2% din greutatea masei uscate de pamant), conduce la o modificare a proprietatilor pamantului, in timp ce o cantitate mai mare conduce la schimbari importante ale acestor proprietati. De obicei, in procesul de stabilizare, cantitatea de ciment necesara pentru realizarea agentului de stabilizare poate varia intre 3% si 16% din greutatea uscata a pamantului, in functie de tipul pamantului si de proprietatile acestuia. Pentru stabilizarea pamantului se poate folosi orice tip de ciment dar, in general, cel mai utilizat este cimentul Portland. Componentii de baza care alcatuiesc cimentul sunt silicatii de calciu (in proportie de 75%) si aluminatii si feritii de calciu (in proportie de 25%). In final, prin hidratarea cimentului se formeaza o structura scheletica a carei rezistenta depinde de marimea fragmentelor si de cantitatea de ciment adaugata.

Var

Varul este un liant hidraulic pe baza de calcar ars. In procesul de stabilizare, varul poate fi folosit atat sub forma de var stins (hidroxid de calciu), cat si sub forma de var nestins (oxid de calciu). In general, se pare ca varul nestins este un stabilizator mai eficient decat varul hidratat. In plus, folosirea varului sub forma de suspensie produce rezistente mai mari decat atunci cand este folosit sub forma de pulbere.

Stabilizarea cu var este eficienta in cazul pamanturilor argiloase si este mai putin adecvata in cazul pamanturilor granulare care nu au, sau care prezinta un continut mic de argila. Aceeasi situatie o intalnim si in cazul pamanturilor cu un continut ridicat de materie organica, unde stabilizarea cu var are efecte mici asupra proprietatilor ingineresti ale terenului de fundare.

Kuno si altii (1989) au aratat ca, daca se adauga o cantitate de 20% (din greutatea pamantului uscat) de gips in amestec cu var nestins sau var hidratat, atunci acest amestec poate fi folosit la stabilizarea pamanturilor organice, atat timp cat ele nu pre­zinta un continut de umiditate ridicat.

In general, varul poate fi folosit pentru stabilizarea majoritatii paman­turilor care prezinta un indice de plasticitate cuprins intre 10% si 50%.

In cazul pamanturilor ce prezinta un indice de plasticitate sub 10%, pentru ca reactia varului sa poata avea loc este necesara adaugarea unui material puzzolanic, cenusa zbu­ratoare fiind materialul puzzolanic cel mai des utilizat in astfel de cazuri. Argilele montmorillonitice au un comportament mai favorabil stabilizarii cu var decat argilele illitice sau argilele caolinitice, aceasta si datorita faptului ca illitul si caolinitul sunt mult mai putin reactivi decat montmorillonitul. Mineralele erodate, precum illitii degradati, doritii si vermiculitii, pot avea un comportament similar cu cel al montmorillonitului. In gene­ral, stabilizarea acestor pamanturi este mult mai eficienta daca utilizam, ca agent de stabilizare, var in locul cimentului.

Stabilizarea cu var se realizeaza datorita schimbului de cationi, aglo­merarii floculare, carbo­natarii varului si reactiei puzzolanice [5]. Cationii de calciu, rezultati in urma hidratarii varului, inlocuiesc cationii din mine­ralele argilei promovati fiind de mediul cu pH ridicat al amestecului var-apa. Astfel, se schimba mine­ralogia pamantului, rezultand caracteristici geotehnice superioare. In urma reactiei rezulta hidratati de silicat de calciu si hidratati de aluminat de calciu. Reactia chimica poate continua un timp indelungat, chiar ani, atata timp cat varul este prezent pentru a mentine un pH ridicat (intre 10% si 50%). Reactia are loc numai in prezenta apei, care poate transporta calciul si ionii de hidroxil catre suprafata mineralelor argiloase. Prin urmare, reactia nu poate avea loc in cazul pamanturilor uscate sau a celor foarte uscate din cauza lipsei apei din structura scheletului. In ge­neral, o cantitate de var cuprinsa intre 3% si 8% este suficienta pentru cresterea proprietatilor ingine­resti ale terenurilor stabilizate. Tempera­tura este si ea un factor care influenteaza reactia varului cu pamantul deoarece, odata ce temperatura scade sub 40, reactia poate inceta.

Pe langa cresterea rezistentei pamantului datorita stabilizarii cu var, se obtine si o reducere a plasti­citatii precum si o stabilizare a modificarilor de volum. Reducerea plasticitatii poate fi atribuita cresterii naturii granulare a pamantului tratat cu var, induse de reactiile pe termen scurt (schimbul de cationi si cres­terea aglomerarii floculare) [6]. Rezultatele finale obtinute depind atat de cantitatea de var si tipul minera­lelor cat si de cantitatea de minerale prezente in pamant.

Alte materiale folosite pentru stabilizarea terenurilor de fundare

Materialele cele mai utilizate pentru stabilizarea terenurilor de fundare sunt cimentul si varul insa, pe langa acestea, mai sunt si alte materiale care pot fi utilizate ca agenti de stabilizare. Putem enumera, dintre acestea, cele mai utilizate materiale care pot fi folosite atat ca liant unic cat si in amestec cu cu alte materiale: cenusa zburatoare, bentonita, silica fume, bitumul, zgura macinata de furnal etc.

Cenusa zburatoare (cenusa de termocentrala) este un material puzzolanic care poate fi folosit ca agent de stabilizare unic sau poate fi folosit in amestec cu alte materiale, cum ar fi varul sau cimentul. Datorita faptului ca, prin utilizarea sa ca agent de stabilizare, se obtine o crestere usoara a rezistentei, cenu­sa zburatoare este, de obicei, amestecata cu var. Atunci cand procesul de stabilizare se des­fasoara la temperaturi scazute, se recomanda ca cenusa zburatoare sa fie amestecata cu ciment, deoarece cenusa prezinta o sensibilitate marita la temperaturi scazute. Amestecul de cenusa zbu­ratoare – var poate fi folosit in cazul nisipurilor si pietri­surilor cu un continut scazut de argila.

Tehnologii si procedee folosite pentru stabilizarea terenurilor de fundare

Stabilizarea terenului prin intermediul pilotilor de mica adancime

Agentii de stabilizare pot fi amestecati in situ, pe amplasamente in care nu este excesiv de dificil de sapat pentru a forma piloti de mica adancime (9-12 m adancime). Astfel, pe amplasamentul dorit se pot executa foraje, dupa care se introduce agentul de stabilizare in straturi de 20 – 25 cm, operatiune urmata de o serie de compactari.

Pe langa imbunatatirea terenului de fundare, pilotii rezultati prin injectarea agentului de stabilizare in pamant servesc si ca piloti structurali. In functie de nivelul apei subterane, pilotii realizati prin injectarea agentilor de stabilizare se pot suprapune, pentru a forma pereti de impermeabilizare. Compozitia agentului de stabilizare trebuie sa fie foarte bine proiectata deoarece rezistenta pilotului scade, in cazul in care o cantitate semnificativa de apa de la pilotul pamant-agent de stabilizare curge catre pamantul din jur. Rezistenta unui astfel de pilot este influentata si de conditiile de tratare (uscare). Conditii bune de uscare sunt atunci cand pilotii sunt inconjurati de pamant umed sau saturat la temperatura dorita.

Jet grouting

Procedeul jet grouting consta in adaugarea unui aditiv in pamant (de obicei ciment sau ciment-bentonita), sub inalta presiune, pentru a eroda si a amesteca pamantul cu aditivul.

Procedeul jet grouting este eficient la imbunatatirea unei game variate de pamanturi, cu el putand fi tratat orice pamant in interiorul ca­ruia poate fi introdusa tija de elibe­rare a jetului. Prin acest procedeu au fost stabilizate terenuri pana la o adan­cime de 45 m. In anumite conditii este posibila si stabilizarea la adancimi mai mari. Sistemul jet grouting este dificil de folosit in cazul depozitelor de pamant care contin o cantitate mare de bolovani (stanci).

Tehnologia de stabilizare prin pro­­cedeul jet grouting se poate realiza in 3 variante:

• sistemul cu jet unic (sistemul monofluid);

• sistemul cu doua fluide;

• sistemul cu trei fluide.

Toate aceste 3 sisteme necesita introducerea unei tije cu jet pana la adancimea dorita si introducerea aerului, apei si/sau agentului de stabilizare in pamant.

Sistemul monofluid consta in introducerea sub presiune doar a agentului de stabilizare. Acest sistem este eficient in cazul pamanturilor necoezive. De asemenea, se poate utiliza eficient si in cazul consolidarii fundatiilor existente, de­oare­ce se pot executa la inclinari conside­rabile fata de verticala; metoda cu foraj nefiind fezabila in astfel de situatii.

Sistemul cu doua fluide introduce in pamant, pe langa agentul de stabilizare, si un jet de aer. In acest caz creste raza de influenta cu cativa centimetri, fiind mai eficienta folo­sirea sa in cazul pamanturilor coezive, comparativ cu sistemul monofluid.

Sistemul cu trei fluide introduce sub presiune un jet de apa, inconjurat de un jet de aer, plasat deasupra dar aproape de jetul cu agentul de stabilizare folosit. Datorita separarii procesului de eroziune de procesul de cimentare, rezulta o stabilizare de o calitate superioara celorlalte doua sisteme, stabilizare care este foarte eficienta in cazul pamanturilor coe­zive. Acest sistem ofera o raza de influenta mai mare decat sistemul cu doua fluide, rezultand un amestec pamant-agent de stabilizare mai uniform, deoarece pamantul este omo­genizat de jetul de apa-aer inainte ca liantul sa fie injectat.

In general, parametrii cei mai importanti care trebuie luati in considerare la proiectarea procedeului jet grouting sunt: caracteristicile geotehnice ale pamantului, amestecarea pamantului cu pasta de injectare, viteza de iesire a jetului, energia din duza, debitul pastei de injectare, viteza de rotatie si viteza de ridicare a tijei [8].

In urma utilizarii acestui procedeu se obtine o crestere a rezistentei pamantului si a rigiditatii acestuia, precum si o scadere a permeabilitatii.

Compaction grouting

Prin folosirea acestui procedeu se obtine o crestere in densitate a pamantului moale sau a celui aflat in stare afanata. Tehnica procedeului compaction grouting consta in injectarea sub presiune a unui aditiv plastic-rigid in pamant. Amestecul este astfel proiectat incat sa nu patrunda in porii pamantului sau sa se amestece cu pamantul. Ames­tecul ramane intr-o masa omogena, ce ia forma unor bulbi de forma aproape sferica, care depla­seaza particulele pamantului, avand astfel un efect de compactare asupra ma­sivului de pamant.

Aceasta metoda de stabilizare poate fi folosita cu succes si pentru ridicarea controlata a structurilor ingineresti. In urma aplicarii procedeului compaction grouting se obtine un plus de capacitate portanta in zona cu volum densificat.

Procedeul compaction grouting se desfasoara in doua faze:

• faza 1 – se introduce tija de injectare cu aditiv la adancimea proiectata;

• faza 2 – aditivul este amestecat si introdus, sub presiune, in pamant.

Pe masura ce extragem din pamant tija de injectare, se formeaza bulbi individuali de forma sferica, ce se intersecteaza unii cu altii, formand elemente structurale sub forma de coloane. Atunci cand se doreste o compactare mai uniforma a masei de pamant, se mareste reteaua punctelor de injectare a elementelor sub forma de coloana, rea­lizandu-se, apoi, o retea secundara cu puncte de injectare.

In general, aditivii folositi in procedeul compaction grouting sunt compusi din ciment plus alte materiale. Multe lucrari sunt realizate, insa, folosind aditivi fara ciment in componenta amestecului.

Realizarea stabilizarii prin procedeul compaction grouting necesita folo­sirea unor echipamente speciale. In unele cazuri poate fi necesara pomparea agentului de stabilizare cu presiuni de pana la 7 MPa, insa, la majoritatea lucrarilor, presiunile intre 3-4 MPa sunt suficiente. Conductele si furtunurile folosite trebuie sa aiba cel putin 5 cm in diametru, iar ratele de pompare se incadreaza intre 1-4 m cubi pe minut.

CONCLUZII

Principalul efect al stabilizarii terenului de fundare consta in cresterea rezistentei la forfecare a pamantului, ceea ce conduce la obtinerea unei capacitati portante superioare, respectiv la posibilitatea sustinerii unor incarcari mai mari. Pe langa cresterea rezistentei, procedeul de stabilizare are efecte si asupra permeabilitatii pamantului in sensul micsorarii ei, ceea ce inseamna o stabilizare a variatiilor de volum. Odata cu scaderea permeabilitatii scade si gradul de compresibilitate al pamantului ofe­rind, astfel, o siguranta mai mare constructiilor amplasate pe astfel de terenuri.

Procedeul de stabilizare trebuie ales in functie de caracteristicile geotehnice ale amplasamentului, de conditiile economice precum si de conditiile de executie (existenta si amplasarea utilajelor de executie).

Stabilizarea cu ciment este eficienta in cazul pamanturilor argi­loase si mai putin eficienta, in cazul pamanturilor organice sau a celor cu plasticitate mare. Totusi, in cazul acestora din urma este posibila obtinerea unor cresteri in rezistenta prin adaugarea unei surse suplimentare de calciu, care sa ofere un plus de ioni de calciu necesari desfasurarii reactiei chimice.

Stabilizarea cu var este destul de eficienta mai ales in cazul pamanturilor argiloase. In cazul pamantu­rilor granulare sau al celor cu frac­tiuni mici de argila, eficienta metodei este destul de redusa. In general varul este eficient in cazul pamanturilor a caror limita de plasticitate este cuprinsa intre 10% si 50%.

Acolo unde utilizarea cimentului sau a varului nu conduce la obti­ne­rea rezistentelor dorite, aceste materiale pot fi amestecate cu altele pentru obtinerea proprietatilor dorite. Compozitia agentului de stabilizare se va face numai dupa cunoasterea caracteristicilor geoteh­nice initiale ale pamantului.

In ultimii ani procedeele de stabilizare a terenurilor s-au dezvoltat din ce in ce mai mult, acum fiind posibila stabilizarea terenurilor pana la adancimi mari (45 m), iar, in conditii speciale, chiar si la adancimi mai mari. Stabilizarea terenurilor de fundare prin intermediul coloanelor cu agenti de stabilizare are dublu rol, cu efecte asupra imbunatatirii caracte­risticilor geoteh­nice ale terenului din jur, precum si cu rolul unor piloti de rezistenta pentru constructia respectiva.

BIBLIOGRAFIE

1. Raileanu P., Boti N., Stanciu A., Geologie, geotehnica si fundatii — Elemente de geologie si fizica pamanturilor. Institutul Politehnic Iasi (1986);

2. * STAS 1243-88: Teren de fundare – Clasificarea si identificarea pamanturilor;

3. Stanciu A., Lungu L, Fundatii – fizica si mecanica pamanturilor. Editura TEHNICA (2006);

4. * Indicativ C 196-86: Instruc­tiuni tehnice pentru folosirea pamanturilor stabilizate la lucrarile de fundatii;

5. Harichane K., et. al., Use of Natural Pozzolana and Lime for Stabilization of Cohesive Soils, Geotech­nical and Geological Engineering Journal, Vol. 29, nr. 5, pag. 759-769, (2011);

6. Al-Mukhtar M., Khattab S., Alcover J. F., Microstructure and geotechnical properties of lime-treated expansive clayey soil, Engineering Geology Journal, (2012);

7. Nikbakhtan B., Pourrahimian Y., Aghababaei H., The effects of jet grouting on slope stability at Shahriar dam, Iran, Rock Mechanics: Meeting Society’s Challenges and Demands, pag. 1075-1081, (2007);

8. Covil C. S., Skinner A. E., Jet grouting – a review of some of the operating parameters that form the basis of the jet grouting process, Grouting in the ground Journal, pag. 605-629, (1994);

9. Okyay U. S., Dias D., Use of lirne and cement treated soils as pile supported load transfer platform, Engineering Geology Journal, Vol. 114, Issues 1-2, pag. 34-44, (2010).

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 93 – iunie 2013, pag. 52  

Autori:
drd. ing. Adrian Baron,
drd. ing. Daniel Alupoae,
drd. ing. Vlad ASuencei,
prof. dr. ing. Paulica Raileanu – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii