Imbunatatirea unor terenuri dificile de fundare din Moldova

Sistematizarea urbana si rurala obliga la realizarea constructiilor pe unele amplasamente care, in multe situatii, au fost ocolite din cauza terenurilor de fundare necorespunzatoare. Lucrarea de fata isi propune prezentarea unor procedee si tehnologii de imbunatatire a terenurilor dificile de fundare din zona Moldovei. Procedeele la care ne referim au rolul de a creste capacitatea portanta si a diminua tasarile si deformatiile, concomitent cu cresterea sigurantei in exploatare si a duratei de viata a constructiei.

Alegerea solutiei de imbunatatire este in functie nu numai de considerente privind exploatarea constructiei, ci si de ceea ce poate oferi terenul ales. Aceasta nu trebuie sa absolutizeze nici masurile pentru impiedicarea umezirii terenului de fundare si nici pe acelea pentru protejarea constructiilor executate. 

Imbunatatirea proprietatilor tere­nurilor de fundare se face prin diferite metode, intre care: compactare, perne de pamant sau material granular, injectarea unor substante in porii pamantului prin cimentare, silicatizare, argilizare, bituminizare, metode termice si electrice de imbunatatire, metode de eliminare a continutului de apa din pamant. Metodele termice si electrice de imbunatatire sunt: arderea, electroosmoza si electrosilicatizarea.

In prezent, studiile geotehnice se bazeaza pe imbunatatirea solutiilor existente, pe gasirea altora mai eficiente si pe elaborarea de noi metode de prospectare a principalelor caracteristici geotehnice ale pamanturilor. 

INVESTIGATII GEOTEHNICE. STUDII DE CAZ 

Caracteristici geotehnice ale terenului – statia de tratare a apei Magura, judetul Bacau

Terenul este situat in comuna Magura, judetul Bacau si a fost propus pentru executarea unei statii de tratare a apei. Amplasamentul este liber de constructii si este ocupat de culturi agricole. Terenul de fundare se afla la 60 – 70 m altitudine, la confluenta dintre raul Bistrita si raul Siret, pe versantul drept. Aria studiata este plana inspre vest, cu aspect de platou de culme, iar inspre est coboara cu o panta de 4%.

In august 2005, intr-o perioada cu temperaturi caniculare si cu precipitatii abundente, au fost executate 8 foraje geotehnice, cu adancimea de 10,00 m fata de cota terenului natural. Din foraje s-au recoltat probe tulburate si netulburate, care au fost analizate in laborator din punct de vedere al caracteristicilor fizice si mecanice.

Stratificatia amplasamentului este de varsta cuaternara, din Pleistocenul Superior, fiind formata din roci detritice fine, coezive: prafuri argi­loase, prafuri nisipoase, argile prafoase, nisipuri prafoase, pe o adancime de 20 m – 30 m, avand umiditatea mai mare decat in mod obisnuit. Stratificatia, dupa media celor 8 foraje, este urmatoarea:

• intre 0,40 m si 0,70 m, strat de praf argilos brun-cafeniu foarte umed, plastic consistent pana la plastic vartos;
• de la 0,70 m pana la 1,5 m, o argila prafoasa cu 37% fractiune de argila;
• de la 1,50 m pana la 2,50 m adancime a fost intalnit un strat de praf argilos loessoid cafeniu-galbui cu plasticitate medie (I_P = 18 – 19%), plastic consistent (I_c = 0,55 – 0,62), poros (n = 42 – 44 %) si compresibil (M_2-3 = 6.190 – 6.290 kPa). Pamantul are umiditate mare (S_r = 0,79 – 0,85), fiind, practic, saturat si prezentand o tasare suplimentara prin umezire de doar 0,17%.
• intre 2,50 m si 5,40 m se afla un strat de argila prafoasa cafeniu-galbuie loessoida cu incluziuni de calcar, cu plasticitate medie-mare (I_P = 19-20 %), plastic vartoasa (I_c = 0,78 – 0,82), poros (n = 42 – 45%), compresibil (M_2-3 = 8.478 – 10.833 kPa). Stratul are umiditate mare (S_r = 0,64 – 0,71), prezentand o tasare suplimen­tara prin umezire de doar 1,1 – 1,4%, fiind practic insensibil la umezire.
• de la 5,40 m pana la 6,20 m s-a interceptat un strat de argila prafoasa cafeniu-roscata, cu plasticitate mare (I_P = 21 – 25 %), plastic consistent pana la plastic vartos (I_c = 0,61 – 0,88), umed (w = 17 – 24%).
• de la adancimea de 6,20 m pana la 8,90 m apare un strat de praf argilos cafeniu-galbui, loessoid, cu frecvente concretiuni calcaroase, cu plasticitate medie (I_P = 15 – 19 %), plas­tic tare (I_c >1,0), umed (w = 13 – 15%).

Forajele s-au oprit intr-un strat de nisip prafos cafeniu-galbui fin, umed, indesat, aflat la 10,00 m adancime fata de CTN.

• depozite necoezive fine si gro­siere, reprezentate de nisipuri si pietrisuri partial cimentate, la o adancime mai mare de 20 – 30 m;
• lentile de pietrisuri neuniforme cu bolovani sau lentile de nisipuri, partial saturate, ce apar aleatoriu in masa depozitelor prafoase.

In stratul de nisipuri este cantonat un strat freatic acvifer discontinuu.

Valorile medii multianuale ale precipitatiilor prezinta un maximum in perioada mai – august si un minimum in perioada decembrie – martie.

Desi nu s-a manifestat tasarea suplimentara prin umezire, deoarece unele lucrari geotehnice anterioare din vecinatate au evidentiat o tasare suplimentara prin umezire i_m = 2 – 3%, terenul a fost incadrat in categoria terenurilor macroporice cu sensibilitate la umezire din grupa A.

Caracteristici geotehnice ale terenului – cladire edilitara P + 1, Vorona, judetul Botosani

Zona considerata se afla in intra­vilanul comunei Vorona din judetul Botosani, pe amplasamentul pietei din localitate si este analizata geo­tehnic in vederea realizarii unei cladiri edilitare P + 1. Terenul este situat in lunca majora, inundabila, a paraului Voronca si are o stratificatie incrucisata specifica zonelor de lunca, cu umiditate excesiva si depozite neconsolidate.

Amplasamentul apartine geomorfologic Platformei Moldovenesti, facand parte din subunitatea Dealul Mare.

Depozitele apartin Cuaternarului si sunt formate la suprafata din prafuri nisipoase argiloase si argile prafoase, macroporice, susceptibile la tasari importante si diferentiate, iar in adancime din nisipuri prafoase, nisipuri argiloase, zone maloase cu umiditate in exces, insuficient consolidate (tabelul 1).

Pe amplasament s-au efectuat 10 foraje cu diametrul de 4“, la adancimea de 8,00 m fata de CTN, din care s-au recoltat probe tulburate si netulburate. Cea mai defavorabila stratificatie este urmatoarea:

• 0,00 m – 0,10 m – balast antropic;
• 0,10 m – 0,90 m – sol vegetal cafeniu, plastic vartos;
• 0,90 m – 2,40 m – praf nisipos-argilos, malos, vanat-negricios, plastic consistent la vartos;
• 2,40 m – 5,90 m – praf nisipos-argilos, malos, vanat, plastic moale;
• 5,90 m – 8,00 m – argila maloasa vanata plastic consistenta la vartoasa cu intercalatii de nisip.

Din punct de vedere hidrologic, nivelul apei subterane este situat la adancimi de aproximativ 0,70 m fata de CTN. In perioadele ploioase, nivelul hidrostatic ajunge aproape de suprafata, provocand baltiri. Apele pluviale au directia de curgere spre amplasament, existand pericolul inundarii acestuia. Terenul are poten­tial redus la alunecare.

Adancimea de inghet a judetului Botosani este cuprinsa intre 1,05 – 1,10 m.

REZULTATE

Statia de tratare a apei Magura, judetul Bacau

Statia de tratare a apei consta din obiecte aflate pe suprafata terenului si din obiecte construite subteran la adancimile de 3 m, 4 m, respectiv 5 m fata de CTN.

Sistemul de fundare recomandat pentru realizarea pe amplasament a obiectelor statiei de tratare a apei este fundarea directa in teren imbunatatit prin procedee mecanice, cu fundatii continue sub ziduri, iar sistemul de fundare recomandat pentru obiectele ingropate ale statiei de tratare a apei consta din fundarea directa in teren imbunatatit prin procedee mecanice, cu fundatii tip radier din beton armat.

In ambele situatii, pentru imbu­natatirea terenului de fundare macroporic se executa o perna de pamant, conform normativului C 29 – 85, in prealabil fundul sapaturii fiind compactat cu maiul greu.

Perna de pamant se realizeaza atat pentru reducerea tasarilor dife­rentiate, cat si pentru micsorarea permeabilitatii de sub constructiile in care va circula si se va stoca apa. Prezenta permanenta a apei in aceste constructii poate conduce la infiltrarea sa accidentala in depo­zitele macroporice, saturarea masei de pamant si inducerea unei stari de dezechilibru in versant.

Perna de pamant se poate realiza din argila prafoasa locala, adica din chiar materialul excavat din sapatura generala, daca acesta este omogen. Media limitei inferioare de plasticitate, determinata din cele 8 foraje, este w_P = 15%, media indicelui de plas­­ticitate este I_P = 19%, iar umiditatea naturala medie este de w = 21 – 23%, superioara fata de umiditatea optima de compactare recomandata, w_opt = 19%. Din acest motiv, materialul excavat va fi uscat, ajungand la o densitate aparenta maxima de 1,77 g/cm3.

Perna de pamant a obiectelor ingropate ale statiei de tratare se aseaza, din considerente constructive si de asigurare a capacitatii portante a terenului de fundare, pe stratul de argila prafoasa cafeniu roscata aflat la adancimea de 5,40 m, excavandu-se, in intregime, stratul de argila prafoasa cafeniu-galbuie loessoida, cu incluziuni de calcar, aflat intre -2,50 m si -5,40 m. In plus, se excaveaza inca 15 – 20 cm din stratul de argila prafoasa cafeniu roscata aflat la adancimea de 5,40 m, pentru asigurarea planeitatii stratului. Adancimea de fundare pentru toate obiectele ingropate este de 5,60 m. Astfel, perna de pamant are 0,60 m grosime intre -5,60 m si – 5,00 m, 1,60 m grosime intre -5,60 m si -4,00 m, respectiv 2,60 m grosime intre -5,60 m si -3,00 m.

Terenul de fundare recomandat pentru obiectele construite supra­teran este stratul de argila prafoasa cafeniu-galbuie loessoida cu incluziuni de calcar, ce s-a interceptat incepand cu adancimea de 2,50 m. Astfel, din considerentul fundarii sub adancimea de inghet pentru zona judetului Bacau, talpa fundatiei se aseaza la 1,00 m adancime, reali­zandu-se o perna de pamant de 1,70 m, luandu-se in considerare si excavarea a inca 15 cm – 20 cm din stratul de argila prafoasa cafeniu-galbuie loessoida cu incluziuni de calcar, ce va forma stratul suport pentru perna de pamant.

Compactarea pernei de pamant se face cu cilindrul compactor, in straturi de 20 cm grosime, verifi­can­du-se cu o proba la fiecare 100 m2 de terasament compactat.

Cladire edilitara P + 1, Vorona, judetul Botosani

Avand in vedere ca adancimea de inghet a amplasamentului analizat este cuprinsa intre 1,05 m – 1,10 m, rezulta ca adancimea de fundare trebuie sa fie de minimum 1,10 m, fapt ce ar situa talpa fundatiei in stratul de praf nisipos-argilos, malos, vanat, plastic consistent la vartos, strat incapabil de a asigura capacitatea portanta necesara, din cauza proprietatilor geotehnice slabe: compresibilitate foarte mare, porozitate foarte mare. Presiunea de calcul pentru stratul de fundare ce se considera la adancimea de 2,00 m fata de CTN este de doar ppl = 80 KPa, nepu­tandu-se conta pe o crestere a presiunii odata cu adancimea, din cauza indicilor geotehnici slabi pe care ii dezvolta straturile pana la -6,00 m.

Solutia stabilizarii terenului de fundare prin realizarea unei perne de balast sau de pamant nu mai este o solutie economica, avand in vedere ca perna ar trebui sa coboare pana la adancimea de 6,00 m, fiind necesar sa se atinga stratul de argila maloasa vanata plastic consistenta. Astfel, perna ar trebui sa aiba o grosime de 4,90 m.

In cazul in care s-ar alege realizarea pernei pe stratul de praf nisipos-argilos, malos, vanat, plastic moale, strat slab si cu o consistenta redusa, perna ar trebui armata cu geogrile pentru a se evita ruperea ei si infiltrarea apelor subterane. In plus, solutia de imbunatatire a tere­nului de fundare prin perne de ba­last se foloseste in special la pamanturile ce nu sunt sensibile la umezire.

Sistemul de fundare recomandat se bazeaza pe una dintre urmatoa­rele metode:

• coloane de piatra sparta in amestec cu balast, executate prin vibroflotare;
• coloane de piatra sparta in amestec cu balast, executate prin vibropresare;
• imbunatatirea terenului de fundare prin electrosilicatizare.

Executarea coloanelor de balast prin vibroflotare se aplica in terenul slab coeziv, obtinandu-se o vibroinlocuire la care materialul de adaos difuzeaza in masa terenului, rezul­tand coloane cu diametrul cu atat mai mare cu cat consistenta terenului este mai mica. De regula, se rea­lizeaza o coloana de balast la 2 – 3 m2. Daca terenul nu rezulta consolidat suficient, se intercaleaza intre coloanele existente alte coloane de balast, dupa care se refac verificarile. In cazul in care, in locul coloanelor de balast, se executa coloane de pamant, acestea constau din realizarea unor goluri prin batere pana la cota prevazuta in proiect, care se umplu, apoi, cu cantitati de pamant dozate si compactate prin batere. Coloanele de pamant au diametrul de 0,42 m si se aplica in cazul pamanturilor sensibile la umezire cu grosimi in jur de 8 m si deasupra apelor freatice. Este cazul amplasamentului studiat. Pamanturile folosite sunt pamanturi loessoide, care trebuie sa aiba umi­ditatea optima corespunzatoare compactarii. Aplicarea procedeului de consolidare cu coloane de pamant realizeaza stabilitatea prin inlaturarea sensibilitatii la umezire a terenului de fundare.

Pentru coloanele de balast executate prin vibropresare se utilizeaza instalatii care pot realiza coloane cu lungimi de pana la 9 m prin simpla sau dubla vibropresare. Executarea coloanei dublu vibropresate se face introducand tubul intr-o coloana executata anterior. Prin extragerea tubului se introduce balast formand, astfel, o coloana mai groasa (foto 1). Cantitatea de material introdus trebuie sa fie, pentru verificare, aproa­pe dubla fata de cazul vibropresarii simple.

Silicatizarea se aplica, in gene­ral, la nisipuri fine si consta in solidarizarea particulelor minerale cu ajutorul unui liant rezistent, format artificial prin reactia chimica dintre silicatul de sodiu solubil, care are rol de coagulant si un electrolit (clorura de calciu sau hidroxid de calciu), care are rol de impermeabilizare. Introducerea acestor substante in pamant se face prin mijloace cores­punzatoare porozitatii acestuia, respectiv prin injectare sub presiune sau folosind curentul electric (electrosilicatizare). In cazul pamanturilor cu granulatie fina, cum este ampla­samentul studiat, introducerea prin presiune a solutiei este dificila, iar raza de actiune este redusa. Pentru usurarea difuziei solutiilor in pamant se foloseste curentul electric (electrosilicatizarea), care nu are doar rol de agent de transport, ci contribuie, in mod sensibil, la intensificarea procesului de formare a substantelor liante, deci la marirea eficientei consolidarii.

Pentru protejarea viitoarei constructii contra inundatiilor in perioa­dele de viituri, se va executa un sistem de drenuri.

CONCLUZII

Alegerea solutiei de imbunatatire a terenului de fundare se face tinand seama de multi factori, intre care principalii sunt: importanta constructiilor care vor fi amplasate pe terenurile respective, natura terenului, sarcinile pe care acesta trebuie sa le preia, costul total si durata de executie a solutiei alese. Pe langa acesti factori principali apar si o serie de alti factori, care stabilesc date legate de amplasament, precum: distantele fata de sursele de materie prima, utilajele existente si adecvate pentru natura amplasamentului, sursele de apa si de energie. La alegerea si definitivarea solutiei de imbunatatire a terenului de fundare, proiectantul trebuie sa tina seama, in plus, si de cerintele si posibilitatile beneficiarului si ale constructorului. Rezultatele studiilor de caz prezentate pot fi folosite prin extrapolare pentru amplasamente ce cuprind terenuri dificile asemanatoare cu cele studiate.

Alegerea metodei de consolidare se face in urma unor studii aprofundate de teren, a programului lucra­rilor experimentale preliminare, pe baza carora se intocmesc caie­tele de sarcini pentru executie specifice fiecarui amplasament studiat si calculul de eficienta economica. Studiile de teren trebuie sa duca la cunoasterea tuturor factorilor care conditioneaza caracteristicile meca­nice si fizice ale pamantului si influenta pe care o are variatia acestor factori asupra caracteristicilor diver­selor straturi din compozitia masivului.

Studiul solutiei de imbunatatire a terenului de fundare trebuie sa foloseasca la maximum proprietatile naturale ale terenului, pentru ca metoda de imbunatatire aleasa sa prezinte avantaje majore, reale, atat din punct de vedere economic si al usurintei in realizare, cat si al duratei de executie.

BIBLIOGRAFIE

1. ChiricA, A. [1995]. „Tasarea si cedarea pamanturilor macrostructurate“, Editura UTCB;
2. Dianu V., Dianu F. [1992]. „Fundare eficienta in conditii de teren dificile“, Editura Tehnica;
3. Pop V., Popa A., Roman F., FoSti V. [1990]. „Fundatii in conditii speciale de fundare“, Editura IP Cluj-Napoca;
4. Raileanu P., Rotaru A., [1995]. „Analiza unor fenomene ce apar in terenul de fundare“, Editura UT Iasi;
5. Rotaru A., [2005]. „Proce­dee si tehnologii de imbunatatire a proprietatilor terenurilor dificile de fundare in vederea cresterii sigurantei si durabilitatii infrastructurii constructiilor ingineresti“, Revista de Politica si Scientometrie, Numar special 2005;
6. Rotaru A., Raileanu P., MuSat V. [1997]. „Some Methods and Proceedings of Foundation Soil Improvement and Foundation Consolidations“, Buletinul IPI, sectia VI, Constructii. Arhitectura, Tomul XLIII, Fasc.1 – 2, p. 91 – 94;
7. Rotaru A., Raileanu P., Nicuta A. [1996]. „Influenta stratificatiei terenului in determinarea starii de tensiuni si alegerea sistemului de fundare“, a VIII-a Conferinta Natio­nala de Geotehnica si Fundatii, Iasi, 25 – 28 septembrie 1996, vol. 2, p. 625 – 628;
8. Stanciu A. [2002]. „Probleme speciale de geotehnica si fundatii“, Editura Junimea;
9. Suman R., Ghibu M., Gheor­ghiu N., Oara C., Otel A. [1988]. „Tehnologii moderne in constructii“, Editura Tehnica;
10. xxx – Studiu geotehnic pentru Statie de tratare a apei Magura, judetul Bacau;
11. xxx – Studiu geotehnic pentru Cladire edilitara P+1, Vorona, judetul Botosani.

Autor:
conf. univ. dr. ing. Ancuta Rotaru – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ din Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 115 – iunie 2015, pag. 44