Particularitatile fundarii cladirilor inalte pe grupuri mari de piloti flotanti in Bucuresti – zona de lunca a raului Dambovita

Fundarea unor cladiri cu peste 20 de etaje supraterane, in Bucuresti, in imediata vecinatate a cursului raului Dambovita, se poate realiza pe piloti flotanti cu lungimi medii, avand baza in stratul de nisip care apare, practic continuu, la adancimi de cca. 10,00 m. Investigatii aprofundate, bazate pe sondaje de penetrare si masuratori ale vitezei de propagare a undelor, demonstreaza ca acest strat nu este lichefiabil la actiunea seismica de calcul pentru zona orasului Bucuresti.

Realizarea unui complex de cladiri inalte, fundate pe grupuri de 200…300 piloti executati cu snec (CFA) si urmarirea evolutiei tasarilor, in perioada de executie si timp de 3 ani in exploatare, permit formularea unor concluzii privind efectul de grup si compararea cu rezultatele calculelor de proiectare.

Posibilitatile fundarii constructiilor inalte in Bucuresti

Experienta acumulata in ultimii 70 – 80 de ani in realizarea cladirilor inalte, cu 10 – 12 niveluri suprate­rane, confirma posibilitatea fundarii directe a acestor structuri in zonele de „campie inalta“, care acopera cea mai mare parte a teritoriului orasului Bucuresti. La nivelul bazei fundatiilor acestor structuri (realizate sub forma de talpi continue sau radiere) se situeaza, de regula, stratul de prafuri argiloase plastic vartoase („luturi de Bucuresti“) sau, in cazul constructiilor cu 2 – 3 subsoluri, stratul de nisip cu pietris („de Colentina“). Comportarea, in timp, a acestor cladiri a confirmat portanta straturilor mentionate, cu exceptia catorva cazuri izolate in care caracterul local macroporic al lutului a condus la aparitia unor tasari prin umezire inacceptabile.

In zona de „lunca“, adiacenta cursului vechi sau actual (regula­rizat) al raului Dambovita se intalnesc, in suprafata terenului, formatiuni cu proprietati nefavorabile: straturi argi­loase – nisipoase, de consistenta scazuta (uneori maloase) sau um­pluturi. Caracteristica acestor ampla­samente este, insa, prezenta, sub adancimi de cca. 10 m, a unui strat continuu de nisipuri cu rar pietris, in stare de indesare medie. In consecinta, fundarea cladirilor inalte prevazute cu 1 – 2 subsoluri (care nu coboara sub nivelul hidrostatic) se poate realiza pe piloti cu lungimi medii (12 m – 15 m) avand baza situata in acest strat nisipos.

In cele ce urmeaza se prezinta rezultatele investigatiilor si ale calculelor efectuate, cu ocazia proiectarii unor asemenea fundatii pe grupuri mari de piloti flotanti, pentru cladirile complexului ASMITA GARDENS [1] avand doua subsoluri, parter si 16 – 24 etaje supraterane, precum si ale urmaririi constructiilor in perioada de executie si in primii ani de exploatare.

Desigur, in cazul constructiilor inalte, prevazute cu 3 – 6 subsoluri, radierele situate la adancimi de 10 m – 18 m sunt capabile sa transmita direct la stratul mentionat o parte din incarcare si se poate adopta sistemul de fundare mixt („radier – piloti“ sau „radier – barete“).

Pentru cladiri cu mai mult de 15 – 20 niveluri supraterane (cu inaltimi de peste 60 m – 80 m) pilotii sau bare­tele au lungimi mai mari de 20 m si patrund cu baza in straturile de nisi­puri „de Mostistea“ sau chiar in argilele marnoase situate sub acestea [2].

Caracteristicile constructiilor complexului „Asmita Gardens”

Complexul de locuinte se dezvolta pe malul drept al raului Dambovita, pe o suprafata de 17.750 m2, si cuprinde doua subsoluri generale din care „se ridica“ 7 turnuri cu regi­mul de inaltime: Parter + (16 – 24) Etaje + Etaj tehnic (fig. 1). De fapt, primul subsol se afla deasupra nivelului natural si va fi inglobat intr-o umplutura de suprainaltare a intregii zone.

Structura de rezistenta a turnurilor este realizata integral din beton armat, ceea ce mareste substantial greutatea constructiilor in raport cu structurile inalte metalice. Presiunea efectiva pe teren, in gruparea fundamentala de actiuni, admitand dimensiunile radierului ca fiind identice cu cele ale supra­structurii, se situeaza in domeniul p_ef = 400…600 kPa.

Din cauza incarcarilor mari, pentru turnurile cu 20 si 24 etaje supra­terane a fost necesara extinderea radierului in afara conturului in plan al suprastructurii (fig. 2), chiar in situatia fundarii pe piloti.

Subsolurile generale (pentru garaje), situate in afara radierelor pentru turnuri, au fost fundate pe un radier cu grosime redusa, separat de primele prin rosturi de tasare (fig. 3).

Avand in vedere incarcarile mari transmise de constructii si complexitatea conditiilor geotehnice pe am­plasament, a fost necesara o investigare detaliata a terenului si o analiza aprofundata a solutiilor de fun­dare, in vederea optimizarii acestora.

ExigenTe in investigarea geotehnica a amplasamentului

Investigarea geotehnica initiala

Studiul geotehnic elaborat de Facultatea de Geologie si Geofizica a Universitatii din Bucuresti [3], desi bazat pe un volum relativ mare de lucrari de prospectare (7 foraje cu adancimi de pana la 40 m si 8 pene­trari dinamice – DPH de 12 m – 13 m), s-a finalizat prin calcule si recoman­dari excesiv de acoperitoare in pri­vinta solutiilor de fundare.

Astfel, acceptarea unor valori coborate ale modulului de deformatie, asociata cu utilizarea unei metode de calcul inadecvate pentru radierele de mari dimensiuni („meto­da insumarii pe straturi elementare“ cu considerarea unei „zone active“ foarte adanci), a condus la valori antecalculate ale tasarii turnurilor proiectate:

• in varianta fundarii directe pe radier, s_max = 57 cm;

• in varianta fundarii pe piloti sau barete de diferite lungimi, s = 29 cm – 54 cm.

In acelasi timp, folosirea unor criterii foarte acoperitoare si putin veri­ficate in practica pentru evaluarea potentialului de lichefiere (utilizarea „criteriului granulometric“ sau a rezultatelor penetrarii standard in foraje – SPT, fara aplicarea corec­tiilor pentru adancime si energia reala a loviturii) au condus la concluzia ca straturile nisipoase situate intre adancimile de 7,00 m si 20,00 m sunt lichefiabile, chiar in conditiile seismului de calcul definit de normativul P100-92 (coeficientul seismic k_s = a_g/g = 0,20). Drept urmare, in Studiul Geotehnic mentionat se recomanda reducerea inaltimii turnurilor proiectate, iar in cazul fundarii indirecte „pentru a nu suferi degradari din cauza lichefierii, fundatiile pe piloti sa fie proiectate cu un coeficient de siguranta >3.5“.

Avand in vedere ca recoman­darile Studiului Geotehnic initial erau insuficient fundamentate si neconfirmate de experienta existenta (nu s-au semnalat fenomene de lichefiere a nisipurilor la adancimea si in zona respectiva, la seismele majore din anii 1977, 1986 si 1990), la cererea consultantului si a proiectantului lucrarii s-au realizat investigatii suplimentare pentru precizarea conditiilor reale de fundare pe amplasament si efectuarea unor calcule geotehnice riguroase.

Investigatii geotehnice suplimentare

In cadrul acestei faze s-au reali­zat, pe amplasament, 10 sondaje de penetrare statica cu con – CPT, pana la adancimi de 20,00 m si doua perechi de foraje de 40.00 m in care s-au efectuat masuratori seismice prin metoda „cross-hole“ [4,5]. Rezultatele investigatiilor suplimen­tare sunt sintetizate pe modelul geotehnic ce a servit la definitivarea si la calculul sistemului de fundare adoptat in proiect (fig. 3).

Investigatiile in situ (cross-hole si CPT) au permis evaluarea mai rea­lista a parametrilor mecanici ai straturilor (in special a modulului de deformatie lineara, E) precum si ve­rificarea, prin calcul, a posibilitatii lichefierii stratului necoeziv situat intre adancimile de 9,00 m si 21,00 m. Verificarea la lichefiere la mai multe niveluri in stratul de nisip (la adan­cimile z = 10,00 m si z = 15,00 m), este prezentata in tabelul 1, unde datele de calcul s-au stabilit astfel:

• efortul maxim de forfecare la seismul de calcul [6,7]

z_s = 0,65 k_s s s_v

in care:

k_s = a_g/g = 0,24

s = l

s_v = efortul vertical total in strat

• rezistenta la lichefiere (R₁) deter­minata pe baza corelatiilor recomandate in prenorma europeana [8]:

– in functie de valorile de calcul q_cd;

– in functie de viteza normalizata

unde

s’_g – efortul vertical efectiv.

Se constata ca la adancimile de calcul se verifica inegalitatea:

t_s < R₁ ┤ s’_g         (2)

si in stratul portant este realizata o rezerva suficienta de siguranta la aparitia fenomenului de lichefiere [9] pentru cazul seismului de calcul definit in normativul actual P100-2006 (magnitudinea M = 7,2, accele­ratia de proiectare a_g = 0,24 g).

Definitivarea solutiei de fundare

Tinand seama de rezultatele investigatiilor geotehnice prezentate anterior, s-a stabilit fundarea turnurilor pe piloti forati cu baza in stratul de nisip cu pietris, avand fisa activa de 14 m – 15 m (fig. 3). Radierul fiecarui turn reazema pe grupul de piloti flotanti si este separat, printr-un rost de tasare, de radierul subsolului general.

S-a adoptat tehnologia de executie cu snec (CFA), diametrul nominal al pilotilor fiind de 88 cm (sub turnurile de P+16E si P+20E), respectiv de 118 cm (sub turnul cu 24 niveluri supraterane). Valorile de calcul ale capacitatii portante la incarcari axiale de compresiune s-au evaluat in conformitate cu prevederile STAS 2561/3-90. S-au utilizat rezistentele unitare pe suprafata laterala date in tabele si rezistenta pe baza calculata cu formulele de capacitate portanta.

Deoarece executia pilotilor prin procedeul CFA produce o indesare partiala a terenului adiacent, coeficientii partiali pentru rezistenta pe suprafata laterala, respectiv pe baza, au fost adoptati in concordanta cu valorile recomandate in tabelele A7 si A8 din norma europeana SR EN 1997-1:2004 [10] pentru acest tip de piloti.

Valorile antecalculate ale capaci­tatii portante a acestor piloti au rezultat:

• pentru d = 88 cm, R = 2.300 kN – 2.400 kN;

• pentru d = 118 cm, R = 3.800 kN – 4.000 kN.

Tinand seama de aceste capaci­tati, pentru turnurile cu 20 si 24 de niveluri supraterane a fost necesara extinderea radierului in afara conturului suprastructurii (fig. 4).

Tasarile probabile, calculate pentru grupurile de piloti flotanti pe care reazema turnurile, utilizand schema fundatiei conventionale recomandata in STAS 2561/3-90, dar cu considerarea unei zone active limitate, au rezultat (pentru gruparea de actiuni corespunzatoare starii limita de exploatare):

• pentru turnurile P + 16, s = 6 cm  – 8 cm;

• pentru turnurile P + 24, s = 10 cm – 12 cm.

Tot pe baza calculului tasarilor grupurilor de piloti s-au stabilit valorile rigiditatilor axiale ale pilotilor, necesare stabilirii eforturilor efective in fiecare pilot si dimensionarii radierului.

Controlul executiei Si verificarea capacitatii portante a pilotilor

Continuitatea corpului pilotilor a fost verificata prin metoda „impe­dantei mecanice” (adoptata prin standardul roman SR ASTM 5882-2005) la cca. 10% din pilotii executati in cadrul unui grup [11].

Incar­carile de proba pentru verifi­carea capacitatii portante prezumate si controlul calitatii executiei s-au realizat pe piloti din lucrare [12]. Desi nu au fost duse pana la rupere, aceste incarcari au depasit cu 20% – 30% incarcarea maxima transmisa de constructie in gruparea cea mai defavorabila de actiuni, inregis­trandu-se tasari reduse (fig. 5 si 6).

Urmarirea comportarii in timp a constructiilor

Urmarirea tasarilor constructiilor complexului ASMITA GARDENS s-a efectuat prin metode topografice (nivelment geometric de precizie), cu frecventa lunara incepand cu stadiul realizarii primului subsol, pe toata durata executiei (2007-2009) si se continua si in prezent.

In figurile 7 si 8 se poate urmari evolutia tasarilor maxime si minime ale turnurilor cu 16 si respectiv 24 etaje supraterane.

In tabelul 2 sunt sintetizate datele constructive ale fundatiilor turnurilor executate si valorile medii ale tasarilor masurate pana in prezent.

Desi tasarile masurate „s” nu sunt complet stabilizate in timp, ele pot fi utilizate pentru „calibrarea” cunoscutei corelatii empirice intre tasarea grupului de „n” piloti flotanti (s_g) si tasarea pilotului izolat (s_iz) solicitat cu aceeasi incarcare axiala (a se vedea diagramele de incarcare fig. 5 si fig. 6).

s_g = s_iz ┤ na      (3)

in care exponentul a rezulta pentru situatiile din tabelul 2, in intervalul de valori: a = 0,45 … 0,50.

Valorile tasarilor masurate si inspec­tarea vizuala a constructiilor confirma comportarea buna in timp a tuturor corpurilor complexului (fig. 9).

Consideratii privind proiectarea Si realizarea cladirilor inalte in conditii geotehnice complexe

Cele expuse anterior confirma ideea ca, pe teritoriul Bucurestiului, chiar in zonele cu conditii geoteh­nice mai complexe (in apropierea cursului vechi sau actual al raului Dambovita, in zona lacurilor situate in nordul orasului etc.), se pot realiza constructii cu regim de inaltime ridicat, in conditii tehnico-economice pe deplin acceptabile.

Desigur, pentru elaborarea proiec­telor unor asemenea lucrari sunt necesare investigatii geotehnice complete care sa caracterizeze, in mod corespunzator, comportarea straturilor (in special la actiuni seismice) si sa furnizeze parametrii geotehnici reprezentativi.

In calculele de proiectare se pot utiliza metode curente de evaluare a capacitatii portante si a deformabi­litatii sistemelor de fundare, cu considerarea unor factori evidentiati de comportarea reala (rezultata din masuratori) a acestora. Astfel, in cazul radierelor de dimensiuni mari este necesara limitarea zonei active (deformabile) din teren, iar pentru fundatiile pe piloti flotanti – conside­rarea efectului de grup.

Desigur, pentru cladiri cu multe subsoluri efectul descarcarii terenului de fundare, in urma realizarii excavatiilor adanci, trebuie modelat prin metode de calcul care introduc efectul de decomprimare – recomprimare, de rigidizare a pamanturilor („hardening soil”) si comportarea acestora in domeniul deformatiilor mici („small strain”). Aceste modele perfectionate pot folosi parametrii geotehnici obtinuti prin incercari de tip curent, realizate in laboratorul geotehnic sau in situ [13].

De asemenea, trebuie evidentiate posibilitatile utilizarii unor tehnologii cu productivitate sporita pentru realizarea sistemelor de fundare descrise. Astfel, executia pilotilor prin procedeul CFA s-a extins in ultimul timp, cu rezultate bune [14] si pe amplasamente caracterizate prin prezenta unor straturi maloase sau chiar turboase in suprafata terenului.

Monitorizarea constructiilor inalte este absolut necesara pentru verificarea ipotezelor de calcul si acumularea experientei necesare perfectionarii atat a proiectarii cat si a executiei.

BIBLIOGRAFIE

[1] SC COLONAD PROEX SRL, Proiect Ansamblu Rezidential, Splaiul Unirii nr. 168-170,  Bucuresti,  2005;

[2] Marcu D., Saidel T., Marcu A., Probleme legate de proiectarea infrastructurii unui complex de constructii de dimensiuni exceptionale: Dambovita Center, Bucuresti, A-XI-a Conferinta Nati­onala de Geotehnica si Fundatii, Timisoara, 2008, pp 264-277;

[3] Universitatea din Bucuresti. Facultatea de Geologie si Geofizica, Studiu geotehnic privind Ansamblul din Splaiul Unirii, nr. 168-170, Sector 4, Bucuresti. Contract 09.04.2005;

[4] Geostud Proiect, Sondaje de penetrare pe amplasamentul Asmita Gardens, Bucuresti, 2005;

[5] Geotec Consulting, Studiu pentru determinarea parametrilor  dinamici  ai   stratelor  de pamant  in  zona Ansamblului rezidential Asmita Gardens – Splaiul Unirii nr. 168-170,  Bucuresti, 2006;

[6] Seed B, Idriss M., Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potential – Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, No 97, SM9, 1971;

[7] P100/2006 Cod de Proiectare seismica. Partea intai – Prevederi de proiectare pentru cladiri;

[8] CEN ENV 1998-5:1994 Eurocode 8. Design provisions for earthquake resistance of structures. Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects;

[9] SR EN 1998-5:2004 Standard roman. Eurocod 8: Proiectarea structurilor rezistente la cutremur. Partea 5: Fundatii, structuri de sustinere si aspecte geotehnice;

[10] SREN 1997-1:2004 Eurocod 7: Proiectarea geotehnica. Partea 1. Reguli generale;

[11]       EDRASIS C., PSALIDIS S.A. Grecia – Sucursala Romania: Asmita Gardens – Pilesonic Integrity Tests (March, 2007);

[12] ISPIF S.A. Raport privind efectuarea unor incercari la compresiune axiala pe piloti si incercari la smulgere la obiectul „Ansamblul rezidential din Splaiul Unirii nr. 168-170, Bucuresti, iunie 2007;

[13] Marcu A., Saidel T., Capraru C., Modele perfectionate si parametrii geotehnici necesari pentru calculul terenului de fundare in situatii complexe – A V-a Confe­rinta a Academiei de Stiinte Tehnice din Romania, Craiova, 28-29 septembrie 2010;

[14] SC Colonad Proex SRL, Ansamblu rezidential S+P+3E+E4 Retras, str. Eugen Brote, nr. 33-41, Bucuresti – 2009 (Proiect executat).

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 95 – august 2013, pag. 46  

Autori:
prof. univ. dr. ing. Anatolie Marcu – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
ing. Victor Nedrita,
ing. Cristina Cazacliu –  SC COLONAD-PROEX SRL