Protectia blocurilor de roca cu plase din sarma spiralata

Sistemele flexibile din plase de cabluri au fost utilizate in regiuni alpine, timp de decenii, pentru protejarea versantilor de roca impotriva blocurilor instabile sau a maselor de roca predispuse la desprindere. Configuratia masurilor de protectie s-a bazat adesea pe anii de experienta ai specialistilor individuali. S-a simtit lipsa unor concepte de dimensionare adecvate sau, pe de alta parte, au fost folosite modele extrem de simplificate.

Pentru a intelege mai bine modul de lucru al plaselor flexibile realizate din cabluri si modul lor de interactiune cu tijele de ancoraj, pentru a analiza distributia de forte si pentru a investiga influenta dinamica, au fost realizate teste amanuntite in Felsber, langa localitatea Chur din Elvetia.

Lucrarea de fata concentreaza informatiile si concluziile obtinute pentru aplicarea plaselor flexibile din cabluri, ancorate cu tije de ancoraj sau ancore pentru roca.

Sistemele flexibile din plase de cabluri constituie, frecvent, solutii interesante si economice pentru diferite aplicatii. Utilizate adesea in trecut sau inca in uz, sunt plasele patrate sau dreptunghiulare din cabluri impletite, cu un diametru, in mod normal, de 8 – 10 mm, fixate la noduri cu cleme in forma de cruce sau cu bobine de sarma. Pentru a borda zona marginala, este folosit, uneori, un cablu perimetral mai gros.

Un exemplu reprezentativ al acestui tip de sistem il constituie sistemul PENTIFIX®. Caroiajul ancorelor este determinat de marimea si de geometria panourilor. Acest lucru face dificila adaptarea si optimizarea ancorajului specific fiecarui proiect in parte. Asemenea tipuri de sisteme au fost folosite la protejarea versantilor alterati. S-a acceptat deformarea sistemului de protectie. Suplimentar, pentru a largi gama de aplicare a plaselor flexibile din cabluri, acestea sunt folosite adesea pentru protectia blocurilor indivi­duale de roca, ce pot pune in pericol oamenii sau infrastructura.

Avand la baza inovatii tehnologice de materiale, a fost posibila inlo­cuirea cablurilor de 0,8 – 1,0 mm grosime cu sarma impletita, static echivalenta, cu diametrul firului de 3,0 – 4,0 mm. Mai mult, procesul de productie a fost optimizat, astfel ca plasele pot fi produse automatizat sub forma de role, ceea ce a influentat decisiv montajul. Anterior, panourile erau instalate separat si fixate in ancore distribuite in zona de colt a plasei. Acum, plase de 3,5 m latime pot fi dispuse rational, sub forma de role de pana la 20 m lungime.

Conectarea panourilor de plasa se realizeaza prin cuple. Aceste plase pot imbraca, in mod optim, suprafetele de roca, folosind placi de ancoraj simple. Impreuna cu protectia anticoroziva care, de asemenea, s-a imbunatatit mult, probabil cel mai important aspect este libera alegere a pozitionarii ancorelor, pozi­tionare care permite o adaptare optima a ancorajului, conform situatiei specifice proiectului, ceea ce are o influenta benefica asupra comportamentului sistemului de protectie. Aceasta a constituit un pas important in istoria plaselor din cabluri.

Datorita libertatii in pozitionarea ancorajelor, de exemplu, fixarea unui bloc puternic alterat poate fi facuta in mod optim perimetral si cu ajutorul unei plase ancorate. In acest caz, optim inseamna utilizarea unui numar cat mai mic de ancore astfel incat blocul de piatra sa aiba o deplasare maxima admisa si sub un unghi anume. Sunt cerinte specificate prin proiect, presupunand ca blocul nu poate fi stabilizat direct cu tije de ancoraj sau ancore.

Reprezentativ pentru acest nou gen de protectie a blocurilor de roca, indeplinind cerinta unei dispuneri libere a tijelor de ancoraj, este sistemul SPIDER® de fixare a blocurilor.

Urmeaza o descriere a conceptului care sta la baza testului la scara mare efectuat in teren, rezultatele unui test realizat, oferit ca exemplu si determinarea variabilelor influente. In final, sunt prezentate informatiile dobandite si concluziile finale. Testele efectuate in teren la scara mare au fost realizate in cadrul unui proiect comun de cer­cetare al Geobrugg AG, avizat de Rüegger&Flum AG, Centrul alpS pentru Riscuri Naturale si Management de Risc si Universitatea din Innsbruck.

CONCEPTUL TESTULUI

Scopul testelor la scara mare, efectuate in teren, a fost acela de a investiga, in cele mai realiste con­ditii, comportamentul sistemului de fixare a blocurilor de piatra, interac­tiunea dintre componentele sistemului, directia si de asemenea, nivelul fortelor transferate din blocul instabil, prin plasa, catre punctele de ancoraj, intr-un test la scara de 1:1, in diferite conditii de contur. In acest scop, a fost identificat un teren ideal pentru incercari, la baza masivului Calanda, in districtul Felsberg, la vest de Chur, Grisons, Elvetia, care a fost accesibil vehi­culelor de transport si a indeplinit cerintele de siguranta muncii.

Gratie suportului oferit de comunitatea locala si unui contractant local, instalatia de testare a fost rapid montata iar echipamentul necesar suplimentar pus la dispo­zitie fara probleme. Aceasta a presupus realizarea unei nise in forma de U, deschisa la baza. Suprafata de alunecare a facut un unghi de aproxi­mativ 550 cu orizontala. In aceasta zona, gro­simea stratului de calcar masiv este de aproximativ 0,4 m si corespunde grosimii fasiei indepartate pentru realizarea nisei.

Formatiunile carbonatate apartin paturii Elvetiene si au suferit inclinari abrupte din cauza procesului de cutare a muntelui. Latimea nisei este de aproximativ 2,5 m la partea superioara si se evazeaza pana la 4,0 m la baza. Lungimea ei este de aproximativ 3,5 m.

Pentru ancorarea plasei, au fost instalate, pe toate cele patru laturi, cate trei tije de ancoraj tip GEWI D = 28 mm. Suplimentar, in interiorul nisei au fost instalate alte doua ancore. Acest aranjament permite testarea, luand in considerare dife­rite configuratii ale tijelor de ancoraj. A fost, de asemenea, posibila montarea unui cablu lateral la partea superioara si inferioara, prins in ancore din cablu spiralat. Anco­rele au fost dispuse la aproximativ 1,0 m distanta intre ele. Figura 3 prezinta dispunerea ancorelor.

Pentru a permite efectuarea testelor in cele mai naturale conditii, a fost folosit un bloc, din cariera de piatra din apropiere, de forma mai mult sau mai putin cubica, a carui rugozitate corespunde cu cea a rocii din zona in care s-au realizat testele. Greutatea blocului a fost de 1,160 kg. La capatul blocului de piatra s-au fixat, prin cimentare, doua urechi realizate din fier beton indoit. Aceasta a permis suspendarea si manipularea blocului cu ajutorul unui cablu de macara (Habegger).

Deplasarea blocului a fost masu­rata prin intermediul unui cablu de tractiune, cu un potentiometru a carui deplasare maxima masurabila este de 1,5 m. Pentru a inregistra fortele transferate prin intermediul plasei catre diferitele puncte de ancoraj s-au folosit placi speciale din aluminiu. Astfel, a fost posibila adaptarea optima a acestora la conditiile testului. Suplimentar inre­gistrarii electronice a fortelor, inainte si dupa test, au fost inregistrati si vectorii de directie, ceea ce a permis determinarea, intr-un mod cat mai realistic, a comportamentului plasei si cablurilor perimetrale fata de ancoraje. Un alt test a presupus alunecarea brusca a blocului. Aceasta s-a realizat cu o funie de canepa care, datorita frecarii, ca urmare a utilizarii unui sistem de scripeti, a fost eliberata manual.

TESTE IN TEREN LA SCARA EXTINSA

S-au realizat un total de 29 de teste, cu 7 configuratii diferite ale anco­rajelor. Prezenta lucrare analizeaza un singur exemplu, testul 20 cu o dispunere in V (fig. 6).

In cadrul testului 20, s-au utilizat cabluri de 14 mm, fixate lateral sus si jos in ancore din cablu spiralat avand D = 14,5 mm (punctele de ancoraj 13 – 16). Pe langa cablul perimetral, plasa este fixata, sus si jos, in alte cate doua ancore. Plasa este prinsa, de asemenea, pe laturi in alte cate doua ancore. Spre deosebire de testele fara cabluri perimetrale, in cadrul testului 20, prin intermediul cablurilor superioare si inferioare au fost transferate forte certe. Aceasta permite o analiza mai complexa a transferului de forte.

In tabelul 1 sunt prezentate fortele rezultate ca urmare a actiunii dinamice maxime (valorile maxime) impreuna cu fortele reziduale cores­punzatoare. Fortele Su si So men­tionate in figura 7 corespund fortelor din cablurile superioare si inferioare de bordaj.

Distanta de accelerare a fost destul de lunga, 1.050 mm. Aceasta a influentat, in mod direct, viteza maxima si acceleratia.

In cadrul testului 20, au fost ma­surate urmatoa­rele valori maxime:

• viteza maxima = 2,30 m/s

• acceleratia maxima = + 6,42  m/s2

• intarzierea maxima = – 15,67 m/s2

Datorita dispunerii cablurilor peri­metrale, sistemul de protectie a avut un comportament mai rigid.

Faptul ca in cadrul testului 20, cele doua ancoraje laterale au contribuit si ele la transferul fortei, a avut de asemenea o influenta asupra rigiditatii.

Relatia dintre fortele transferate la partea superioara din totalul fortelor directionate in jos duce la un h = 0,52 – 0,64. Pe de alta parte, ancorajele laterale au o influenta de z = 0,52 – 0,61.

Daca vom compara fortele obti­nute prin calcul static cu valorile dinamice masurate, coeficientul rezultat este K_DS = 2,3 – 2,7. Interesant este ca coeficientul K_RS este aproape 1. Aceasta inseamna ca, prin dispunerea cablurilor de suport, blocul de piatra este mai putin fixat, sistemul avand un comportament mai mult elastic. In acest caz, fortele reziduale pot fi estimate cu o acuratete suficienta din consideratii simple de echilibru.

CUNOSTINTE DOBANDITE SI CONCLUZII PENTRU PRACTICA

Testele din teren, efectuate la scara mare, au aratat aplicarea practica a plaselor din cabluri, cum este sistemul SPIDER®, destinat protectiei blocurilor de piatra. Mai mult, seria de teste a permis determinarea, in functie de dispunerea ancorajelor, a directiilor si modulelor vectorilor fortei. Distanta pe care blocul de piatra a accelerat a avut un rol important. Testele au condus la urmatoarele concluzii pentru practica:

• Daca fortele determinate de un bloc instabil sunt calculate doar din considerente statice pe baza con­ditiilor de echilibru, uneori fortele din ancoraje pot fi mult subestimate. Dupa cum au aratat testele, ca urmare a influentei dinamice fortele sunt mai mari cu 1,5 – 2,5 sau chiar mai mult decat cele static determinate. Drept urmare, in cazul dimensionarii sistemelor flexibile de protectie si de fixare a blocurilor, trebuie luat in considerare factorul dinamic K_DS.

• In principiu, fortele tind sa fie transferate catre partea superioara. Coeficientul h, care exprima relatia dintre fortele dezvoltate la partea superioara si cele de la partea inferioara depinde de modul de imbracare al blocului cu plasa din cabluri si de instalarea sau nu de cabluri perimetrale.

• Testele din teren, la scara mare, au aratat ca atunci cand pentru fixarea blocurilor individuale de
piatra se utilizeaza o plasa cu ochiuri mai mari, trebuie instalate cabluri perimetrale la partea superioara si inferioara si acolo unde este posibil  si lateral.  Aceasta poate imbunatati, semnificativ, comportamentul sistemului.

• Pentru dimensionarea siste­melor flexibile de protectie a blocurilor, poate fi folosit un model simplu, avand la baza consideratia de echilibru. Este obligatorie adaptarea la conditiile locale, specifice fiecarui proiect in parte, a factorilor ce intervin si a efectului dinamic.

BIBLIOGRAFIE

1. Rüegger R., Flum D. Eine neue Generation von Spiralseilnetzen zur Sicherung von Felsboschungen – Versuche, Bemessung, Anwendung­s­beispiele. Academia Tehnica Esslingen, al 6-lea Colocviu: Lucrari in sol si roca, Ostfildern, Germania. (2008).

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 94 – iulie 2013, pag. 44

 Autori:
ing. Daniel Flum – Rüegger&Flum AG, St. Gallen, Elvetia
ing. Armin Roduner, ing. Marius Bucur, ing. George Corbescu – Geobrugg AG Geohazard Solutions