Solutii constructive pentru stabilizarea si protectia malurilor canalelor navigabile din Romania

Prezenta in taluzurile canalelor navigabile Dunare – Marea Neagra si Poarta Alba – Midia, Navodari, a argilelor rosii, afectate de procesele continue de contractii si microfisurari in contact cu aerul uscat si de umflare in contact cu apa si care capata, prin inmuiere, caracteristici fizico-mecanice cu totul defavorabile, a pus numeroase probleme de stabilitate. Articolul de fata prezinta principalele tipuri de lucrari de protectie si consolidare a malurilor acestor canale, dar si lucrarile avute in vedere pentru impermeabilizarea malurilor si reducerea exfiltratiilor in cadrul proiectului de amenajare a Canalului Dunare – Bucuresti.

CONDITII GEOTEHNICE

Excavatiile pentru executia canalelor navigabile Dunare – Marea Neagra (CDMN) si Poarta Alba – Midia, Navodari (CPAMN), intre Basarabi, Agigea si Ovidiu au pus in evidenta depozite de crete, calcare, argile si nisipuri, a caror succesiune are un caracter discontinuu: orizonturi de argile cenusii, cu bolovanis de calcar avand grosimi de pana la 3 m, argile rosii sau cafenii cu grosimi ce pot depasi local 20 m, iar la partea superioara loessuri si lehmuri cu grosimi cuprinse intre 1 m si 15 m. Dintre acestea, cele mai mari probleme sunt ridicate de argilele rosii, care repre­zinta cca. 3% din totalul suprafetei taluzelor.

Argilele rosii structurate sunt sensibile la agentii atmosferici si sunt afectate de procesul neincetat de contractii si microfisurari in contact cu aerul uscat si de umflare in contact cu apa. In urma incercarilor de laborator a rezultat ca argilele rosii prezinta o scadere pronuntata a rezistentei la forfecare, in zonele in care se manifesta efectul umflarii prin umezire si al destinderii prin descarcarea malurilor.

Pantele generale ale taluzelor in argile rosii s-au determinat pe baza unor calcule de stabilitate, in functie de grosimea stratului si de implica­tiile economice ale volumelor de excavatii si marimii suprafetelor taluzelor. Avand in vedere ca pantele stabile ale taluzelor in argile rosii sunt reduse, pentru a nu se mari prea mult ampriza canalului si deci, volumul excavatiilor si al exproprierilor, pe sectoarele cu grosime mare a formatiunii de argile rosii s-a prevazut acoperirea malurilor cu un strat de loess compactat si pamant vegetal, operatiune insotita de executia unor lucrari de drenare, cap­tare, conducere si evacuare organizata a apelor din panza acvi­fera de la baza pachetului de loess.

In conditiile neexecutarii integrale a protectiei cu loess si pamant vegetal, precum si din cauza neintretinerii lucrarilor de captare si scurgere a apelor, dupa cca. 10 ani de la darea in exploatare a canalelor, pe unele tronsoane au inceput sa se produca alunecari in orizontul de argile rosii, in special pe malurile mai umede, cu expunere nordica.

In cazul Canalului Dunare – Bucuresti, pe sectoarele in care fundamentul rocii de baza coboara, iar grosimea depozitelor de nisip si pietris se mareste considerabil (pana la 50 ÷ 60 m), a fost necesara luarea masurilor de impermeabilizare a malurilor si de scadere a gradientului hidraulic.

LUCRARI DE CONSOLIDARE PE CDMN SI CPAMN

Principalele lucrari de consolidare, care au fost executate sau sunt in curs de executie in vederea stabilizarii taluzelor in argile rosii, constau din: ranforti izolati din beton simplu cu prism de rezistenta intre ei, ranforti izolati pe coloane forate, chesoane din beton armat, ziduri de sprijin din beton armat, protectii cu pamant armat. Alegerea unuia sau a altuia dintre tipurile de lucrari s-a facut in functie de conditiile geomorfologice locale.

Lucrarile de consolidare au fost completate cu refacerea protectiei cu loess si pamant vegetal si cu lucrarile de captare si scurgere a ape­lor (drenuri, santuri, rigole, descarcatori).

Unele dintre lucrarile de captare a apelor de infiltratie au si rol de consolidare, fiind realizate sub forma de cordoane drenante si gabioane la baza taluzelor, iar la baza pachetului de loess s-au prevazut drenuri ventuza si masti drenante.

Ranforti izolati din beton simplu cu prism de rezistenta intre ei

Acest tip de lucrare de consolidare a taluzurilor, cu ranforti din beton si prism din piatra bruta s-a executat la baza argilelor rosii, acolo unde grosimea acestora depaseste 15 m, iar la nivelul inferior cantoneaza apa, ceea ce ar putea afecta, in mod grav, stabilitatea intregului taluz (fig. 1).

Lucrarea se compune din ranforti de beton simplu, executati la distante interax variabile intre 8 m si 11 m, cu inaltimea elevatiei de 8 m. In spatiul dintre ranforti este executat un prism din piatra bruta, pe un radier din beton simplu, prevazut cu panta de scurgere spre mijloc.

Pentru evacuarea apei din spa­tele sustinerii sunt prevazute tuburi din beton, atat in sectiunea ranfortilor, cat si in radierul prismului. Ranfortii au fost fundati in stratul de argila cenusie.

Ranforti pe coloane forate

In zona km 57+400 – 57+900 mal stang a Canalului Dunare – Marea Neagra s-au executat lucrari pentru consolidarea taluzurilor in argile rosii, sub forma unor ranforti pe coloane forate (fig. 2). Solutia constructiva consta din 16 ranforti fundati pe coloane din beton armat f108 cm, amplasati la 12 m distanta intre ei, la nivelul cotei +38,0 mrMB (cota superioara a radierului ranfortilor).

Structura unui ranfort este urmatoarea:

a) trei coloane verticale izolate (cota +35,5 la cota +24) executate la distanta de 1,83 m interax;

b) o coloana inclinata la 140 (cota +35,5 la cota +19,50) amplasata in aval (spre ax canal) de cele verticale.

Coloanele sunt incastrate in formatiunea sarmatica, respectiv bolo­vanisuri in masa argiloasa, argile verzi, calcare in alternante cu nisipuri.

In capatul coloanelor s-a executat un radier din beton armat de sectiune dreptunghiulara cu lungi­mea de 7,50 m, latimea de 1,30 m si inaltimea de 3 m.

Chesoane din beton armat

Solutia consolidarii taluzelor instabile cu chesoane a fost aplicata in spatele unor lucrari de consolidare cu ranforti existente si a fost aleasa pentru a se putea prelua impingerea pamantului din spatele ranfortilor impinsi. Se mentioneaza ca impingerea s-a produs pe talpa ranfortilor, iar acestia nu prezinta deplasari importante si nu sunt afectati in structura lor.

Solutia s-a impus prin faptul ca nu presupune sapaturi deschise si deci exclude riscul alunecarii tere­nului peste sapatura. De asemenea, chesoanele prezinta avantajul drenarii apelor de infiltratie prin filtrele aciculare introduse in masa alunecata dintre ele si prin drenurile din beton monogranular executate in spatele chesoanelor (fig. 3).

Dezafectarea unora dintre ranfortii impinsi ar fi fost inoportuna din cauza ca, asa cum s-a precizat, ei nu au fost afectati de alunecare, iar demolarea lor ar fi fost foarte dificila, costisitoare si ar fi prezentat riscuri de stabilitate.

Lucrarile de consolidare in spa­tele ranfortilor au inceput in toamna anului 2003 si constau din executia unui sistem format din opt chesoane deschise cu contraforti, executate din beton armat, fundate in stratul de argila verde si calcar.

Chesoanele au dimensiuni in plan de 7,00 m x 14,00 m si adan­cimi de 15,00 m, sunt dispuse la 10,50 m interax si sunt prevazute, in partea dinspre amonte, cu cate doi contraforti tubulari cu sectiunea libera de 1,00 m x 1,00 m, care au rolul de colectare a apei dintre chesoane.

Circulatia apei colectate in lungul frontului consolidat este asigurata in zona fiecarui cheson prin canalul colector. Continuitatea intre che­soane este realizata prin tevi colectoare din otel introduse cu ajutorul unor prese in masa de pamant nedecapat dintre chesoane.

Camerele de lucru ale chesoa­nelor se umplu, in final, cu beton simplu, iar cele doua incinte de evacuare, cuprinse intre peretii verticali, se umplu cu pamant compactat pe toata inaltimea lor.

Ziduri de sprijin din beton armat, fundat pe coloane forate, cu protectie din pamant armat la partea superioara

Aceasta solutie a fost aplicata, cu unele adaptari locale, pentru conso­lidarea taluzurilor de pe Canalul Dunare – Marea Neagra, pe trei sectoare afectate de fenomene de instabilitate de amploare (fig. 4).

Zidul de sprijin, executat cu inaltimea de cca. 5,5 m, pe tronsoane de 17,5 m, indeplineste rolul de lucrare de rezistenta pentru consolidarea bazei taluzului alunecat, fiind fundat pe coloane forate de tip Benoto, dispuse pe doua randuri.

In spatele zidului de sprijin s-au executat umpluturi permeabile din piatra sparta, peste care s-a realizat o protectie cu pamant armat tip green terramesh ridicata pana la creasta taluzului in loessul care urma sa fie protejat.

LUCRARI DE CAPTARE A APELOR CU ROL DE CONSOLIDARE PE CDMN SI CPAMN

Drenuri ventuza

Drenurile ventuza au fost executate transversal pe taluzele cu pante de 1:1-5-1:2,5 acolo unde exista un aflux de apa in strat; drenurile ventuza au latimi reduse (1,5 m) si cap de evacuare.

Pe malul sudic al Canalului Dunare – Marea Neagra, aceste drenuri lucreaza in conditii foarte bune si deverseaza apele captate in rigola de la baza taluzului.

Corpul drenant este alcatuit din piatra sparta asezata pe un radier elastic format din folie PVC de 1 mm si un strat de nisip care inlocuieste radierul rigid din beton.

Capacul de dren este alcatuit din loess compactat, asezat pe un strat de nisip sau din zidarie de piatra bruta cu mortar de ciment pe un strat de nisip.

Cordoane drenante

Cordoanele drenante sunt executate, de regula, la baza argilelor rosii, pe unele tronsoane de pe malul drept al Canalului Dunare – Marea Neagra, intre km 54+000 si km 59+500 si au atat rol de captare si evacuare controlata a apelor de exfiltratie, cat si rol de consolidare. Cordoane drenante s-au executat si in cazul unor alunecari de teren, la piciorul alunecarii.

Cordonul drenant are 4 m inal­time (inaltimea unei trepte de excavatii) si este alcatuit dintr-o umplutura de piatra sparta spre versant si zidarie uscata spre fata vazuta, pe un radier cu contrapanta de beton ciclopian.

Cordonul este fundat in argila verde, nisip sau calcar.

La partea superioara are un capac din loess compactat si pamant vegetal.

Masti drenante

Mastile drenante au fost executate de regula la partea superioara a argilelor rosii, la contactul dintre loess si argila rosie, in situatiile in care s-a constatat aparitia unor exfiltratii pe taluzuri (fig. 6). La fel ca in cazul cordoanelor drenante, pe langa functiunea de captare si evacuare a apelor din versant, mastile drenante au si rol de stabilizare a taluzurilor.

Masca drenanta are corpul din piatra sparta acoperita cu un strat de loess si pamant vegetal, pentru impermeabilizare.

Sistemul de evacuare a apelor captate de masca drenanta a fost conceput sub forma unui prism din zidarie uscata din piatra bruta si barbacane din tuburi PVC, cu radier din loess stabilizat cu ciment, in cazul evacuarii apelor in rigole de supra­fata, sau cu baza din folie PVC, in cazul evacuarii apelor in drenuri.

LUCRARI PENTRU IMPERMEABILIZAREA MALURILOR SI REDUCEREA INFILTRATIILOR PE CANALUL DUNARE – BUCURESTI

Pe Canalul Dunare – Bucuresti s-au diferentiat doua tipuri de aparari de mal: unele impermeabile, pe sectoarele din avalul biefurilor, unde sunt diguri de retentie cumulate cu ecrane de etansare la baza acestora, cu scopul de a nu lasa apa sa se exfiltreze din canal prin dig spre terenurile inconjuratoare, care sunt mai jos decat NNR-ul din canal si aparari de mal permeabile, pe sectoarele din amonte ale biefurilor, acolo unde lucrarea este rea­lizata in sapatura, digurile rezultand fara ecrane de etansare la baza.

Protectia permeabila este reali­zata din piatra bruta, asezata pe un filtru invers din material drenant, care sprijina la baza pe o grinda din beton simplu.

Pentru micsorarea pierderilor de apa si asigurarea stabilitatii hidrodinamice a malurilor, se propune impermeabilizarea digului la piciorul versantului dinspre apa, prin executia unor ecrane de etansare (K_max = 10-7 m/s), de mai multe tipuri:

• ecran din amestec bentonita – ciment, incastrat in stratul impermeabil de baza, realizat cu instalatie tip Kelly, avand latimea cupei de cca. 500 ÷ 600 mm. Panourile pot ajunge la o adancime de max. 35 m.

• ecran subtire executat din dia­fragme etanse realizate cu instalatia de vibroinfigere (grinda vibranta), gro­simea proiectata fiind de 60 ÷ 80 mm, iar adancimile realizate fiind cuprin­se intre 6÷15 m (Alternativ ecranele de adancime medie (H <16 m) vor putea fi executate cu tehnologia „soil-mixing“);

• ecran din beton cu adancimea de 5 m, transeea fiind executata cu exca­vator cu cupa inversa.

CONCLUZII

La aproape 30 de ani de la punerea in functiune a Canalelor Dunare – Marea Neagra si Poarta Alba – Midia Navodari, se constata ca lucrarile executate se prezinta in conditii bune. Solutiile adoptate au fost corecte. Problemele de stabilitate care au aparut de-a lungul timpului s-au datorat fie neexecutarii integrale a lucrarilor propuse, fie lipsei de intretinere. Executarea corecta a consolidarilor, adaptarea solutiilor la conditiile locale, finalizarea lor potrivit proiectelor si intretinerea corespunzatoare au ca efect o buna comportare a lucrarilor in timp si indeplinirea rolului pentru care acestea au fost concepute.

In cazul Canalului Dunare – Bucuresti, trebuie facuta precizarea ca, in urma sistarii si parasirii lucrarilor, ecranele de etansare (ca de altfel tot ansamblul de lucrari), pe langa deficientele de executie, au suferit un proces amplu de degra­dare si distrugere. In cazul reluarii lucrarilor se propune reface­rea lor cu tehnologii de executie disponibile in prezent.

BIBLIOGRAFIE

1. IPTANA Bucuresti (1977-2011), Proiectele tehnice si de executie pentru consolidarea taluzurilor pe zona cu argile rosii a Canalului Dunare-Marea Neagra;

2. ISPIF Bucuresti (1975-1985), Studii geologice si geotehnice pe traseele Canalului Dunare-Marea Neagra, Canalului Poarta Alba – Midia, Navodari si Canalului Dunare – Bucuresti;

3. ICB Catedra de Geotehnica si Fundatii (1980), Conditii tehnice preliminare pentru studiul, proiectarea si urmarirea comportarii taluzurilor pe zonele cu argile rosii ale Canalului Dunare-Marea Neagra si Canalului Poarta Alba – Midia Navodari.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 95 – august 2013, pag. 34  

Autori:
ing. Chiriac Avadanei,
dr. ing. Victor Dumitrescu,
ing. Sergiu Vlad – SC IPTANA SA