Imbunatatirea terenurilor de fundare loessoide saturate prin folosirea coloanelor din balast vibropresat si nucleelor din beton simplu. Studiu de caz – Hala si parcaje Falticeni

In lucrare se prezinta studiile geotehnice pentru executia unei hale si a unui parcaj amplasat in orasului Falticeni, in fosta zona industriala a localitatii, in imediata apropiere a unitatii militare de jandarmi.

Investigatiile s-au executat pana la o adancime de 30,00 m si au cuprins cercetari geotehnice, hidrogeo­logice si de monitorizare inclinometrica, pentru a avea datele necesare fundarii indirecte pe piloti forati a cladirii, executiei coloanelor din beton simplu (nuclee rigide) si a coloanelor din piatra sparta si balast de sub pardoseala.

In urma analizei a rezultat ca, pana la adacimea de 15,00 m, terenul este alcatuit dintr-un pachet de praf nisipos, nisip argilos si praf nisipos argilos, plastic moale la plastic consistent, practic saturat, compresibil.

Pentru stabilirea volumului lucra­rilor de investigatii si a naturii acestora s-a realizat incadrarea preli­minara a lucrarii intr-una din categoriile geo­tehnice, in conformitate cu normativul NP 074/2007 [1]. In urma analizei factorilor determinanti riscul geotehnic s-a incadrat in categoria geotehnica 3.

Conform codului de proiectare seismica P 100/1-2006 [2] pentru Falticeni, valoarea de varf a accele­ratiei terenului pentru proiectare este ag = 0,16 g, iar perioada de control (colt) a spectrului de raspuns, Tc = 0,7 s.

Adancimea maxima de inghet este de 1,10 m de la suprafata tere­nului, conform STAS 6054-77 [3].

Investigarea terenului de fundare

Pentru determinarea naturii tere­nului de fundare, pe amplasament s-au executat 19 foraje geotehnice, din care s-au recoltat probe de pamant in conformitate cu STAS 1242/1-89, care au fost analizate si interpretate in cadrul laboratorului geotehnic.

Din observatiile efectuate in teren si din interpretarea rezultatelor incercarilor de laborator, cu ocazia executarii forajelor si a penetrarilor s-au constatat urmatoarele:

Forajele geotehnice executate au reliefat urmatoarea stratificatie:

• foraje din zona amonte

– 0,00 – 10,70/11,30 m – pachet de praf nisipos, nisip argilos si praf nisipos argilos, maroniu-galbui, plastic moale la plastic consistent, foarte umed la practic saturat, compresibil;

– 10,70/11,30 – 14,90/15,60 m – nisip prafos in alternanta cu praf nisipos argilos, galben-maroniu, cu intruziuni nisipoase cenusii-verzui, plastic moale la plastic consistent, practic saturat, compresibil;

– 14,90/15,60 – 20,40/22,50 m – pachet de nisip argilos cu praf nisipos argilos in baza, cenusiu-albastrui, cu intruziuni nisipoase verzui-cenusii, practic saturat;

– 20,40/22,50 – 30,00 m – pachet de argila prafoasa si argila in partea superioara, cu trecere in argila grasa, stratificata cu aspect marnos, cenusie-negricioasa, plastic vartoa­sa la tare.

• foraje din zona aval

– 0,00 – 5,60/7,00 m – praf argilos, galben-maroniu cu intruziuni nisi­poase cenusii-verzui, plastic consistent, practic saturat;

– 5,60/7,00 – 14,50/15,00 m – praf nisipos argilos cu intercalatii de nisip argilos, cenusiu-verzui, plastic moale la plastic consistent, practic  saturat, compresibil;

– 14,50/15,00 – 18,00 m – praf nisipos argilos, cenusiu-albastrui-vezui, plastic consistent, cu rare elemente de pietris in baza;

– 18,00 – 30,00 m – pachet de argila si argila grasa cu intercalatii de praf argilos, cenusiu-negricios, stratificat, in placi.

Testele de penetrare dinamica s-au realizat pentru confirmarea si verificarea starii de indesare a terenului pe adancimea investigata si punerea in evidenta a unor pamanturi afanate, goluri ori accidente subterane, ce ar putea exista in amplasament (fig. 2). Astfel, s-au executat 5 penetrari dinamice (DPH) conform SR EN 22476/2-2006, care arata o portanta mai buna a terenului sub 10,00-15,00 m fata de CTN.

Avand rezultatele lucrarilor de investigare, laborator si cercetare din cadrul amplasamentului, s-a pus in evidenta succesiunea stratelor care compun terenul de fundare pe adancimea studiata (fig 3).

Astfel avem:

– Orizontul 1 – praf argilos, praf nisipos, cu grosimi cuprinse intre 1,40 – 5,60 m maroniu-galbui, plastic moale la plastic consistent, foarte umed la practic saturat, compresibil;

– Orizontul 2 – praf nisipos argilos in alternanta cu nisip argilos si nisip prafos, cu grosimi cuprinse intre 11,70 – 13,40 m galben-maroniu cu intru­ziuni nisipoase cenusii-verzui, plastic moale la plastic consistent, practic saturat, compresibil;

– Orizontul 3 – nisip argilos in alternanta cu praf nisipos argilos cu grosimi cuprinse intre 2,70 – 6,90 m cenusiu-albastrui, cu intruziuni nisi­poase verzui-cenusii, practic saturat;

– Orizontul 4 – argila si argila prafoasa, cenusie-albastruie, plastic vartos la tare cu grosimi cuprinse intre 1,80 m – 2,30 m. Acest strat reprezinta partea superioara alterata a stratului de baza format din argila marnoasa;

– Orizontul 5 – argila si argila grasa cu intercalatii de argila, cenusie-negricioasa, cu aspect marnos, cu filme si lentile de nisip, stratificata in placi, plastic vartoasa la tare.

Valorile caracteristicilor fizico-mecanice ale stratului in care sunt incastrate nucleele rigide si coloa­nele din balast sunt prezentate in tabelul 1.

Pe amplasament s-a montat un inclinometru pentru efectuarea masu­ratorilor de deplasari pe cele doua directii ortogonale ale tubulaturii inclinometrice (fig. 4). Prelucra­rea rezul­tatelor s-a facut sub forma de:

• valori (deplasari absolute si rela­tive fata de citirea „0“, conside­rata ca citire de referinta pentru
  masu­ratorile din etapa ulterioara);
• reprezentatii grafice (diagrame de deformatie in plan orizontal avand ca baza de referinta cape­tele tubulaturii inclinometrice).

In urma citirii si prelucrarii datelor se constata urmatoarele:

• ordinul de marime al deplasarii (pe cele doua directii ortogonale, res­pectiv valoarea vectorului depla­sare) este sub 1,2 mm, care se inscrie in domeniul de precizie al aparaturii de monitorizare;
• rezultatele actiunii de monito­rizare nu indica aparitia de deplasari (semnificative) in terenul natural, respectiv in terasamente de natura sa indice fenomene de instabilitate. Reprezentarea grafica indica o tendinta de deplasare intre cotele 286 mdMN (pe ambele directii) si 292 mdMN (pe directia BO-B180).

Pe amplasament apa subterana a fost interceptata in timpul investigatiilor geotehnice la adancimi de aproximativ 1,50 m – 2,00 m in functie de cota terenului si pozitia forajului si s-a stabilizat la 0,00 m – 1,20 m in amplasamentul studiat, avand un caracter ascensional.

In arealul analizat exista, de asemenea, o serie de emergente si mustiri de apa care debuseaza la zi in zonele cu relief negativ. Tinand cont de Raportul de incercare nr. 525, realizat de Laboratorul cali­tatii apei al Directiei Apelor Prut-Iasi, precum si de prevederile din codul NE 012/99 si analizand continutul STAS 3349/1-88, apa nu prezinta agresivitate sulfatica sau magneziana asupra betoanelor, dar din studii ale unor terenuri alaturate reiese ca poate fi cu o slaba agresivitate carbonica.

O caracteristica a amplasamentului o reprezinta faptul ca apa este prezenta pe o grosime de cel putin 15,00-18,00 m a pachetului de roca, incepand cu adancimea la care a fost interceptata. Acest strat, cu un continut insemnat de nisip, favori­zeaza circulatia apei subterane dinspre terasa si versant, in care se acumuleaza, spre paraul Somuz aflat in aval de zona investigata.

Solutii de fundare recomandate

Avand in vedere cele aratate anterior, caracteristicile terenului, precum si prevederile din normele tehnice si cele din STAS 3300/2-85 pct. 3.3.2, referitor la existenta in cuprinsul zonei active a unor straturi cu caracteristici fizico-mecanice slabe, fundarea directa a cladirii, in pachetul de praf nisipos argilos si nisip argilos cu intruziuni nisipoase verzui-cenusii, plastic consistent la plastic moale, cu compresibilitate mare, nu este recomandata.

In consecinta, s-a analizat posibilitatea fundarii indirectate a structurii prin intermediul unor piloti din beton armat si realizarea, sub pardoseala, a unor coloane din piatra sparta combinate cu nuclee rigide, peste care se va realiza o perna din material granular armata cu geogrile.

O alta varianta de fundare si imbunatatire a terenului nu poate fi adoptata deoarece, in anii anteriori, in amplasament s-au executat excavatii (dizlocari mari de pamant, deterioarea unor drenuri) care au contribuit la micsorarea caracteristicilor fizico-mecanice ale terenului din amplasament, interventii ce ingreuneaza sau, chiar, pot compromite realizarea unei lucrari de buna calitate.

Pe baza caracterizarii geotehnice a amplasamentului si a solicitarilor diferentiate pe suprafata acestuia, datorate obiectivelor propuse a fi construite, au fost stabilite zone de amenajare cu solutii de fundare dupa cum urmeaza.

Fundarea structurii

Fundarea pe teren imbunatatit cu strat de blocaj si perna de balast, in aceasta faza in care terenul a fost perturbat, nu prezinta siguranta. Din acest motiv, propunem fundarea indirecta prin intermediul unor piloti din beton armat, care sa depaseas­ca terenul cu caracteristice slabe situat pana la 20,00 – 24,00 m.

Fundarea pardoselii

Fundarea pardoselii se va realiza numai dupa o imbunatatire prealabila a terenului care sa contribuie la marirea capacitatii portante, dar si la obtinerea unei suprafete plane si orizontale. Aceasta imbunatatire se poate obtine prin folosirea coloa­nelor din piatra sparta si balast, com­binate cu nuclee rigide din beton, peste care se va executa un blocaj din piatra sparta cu o perna din ba­last, cu o grosime de cel putin 1,50 m, armata cu geogrile bidirectionale, cu respec­tarea normativului C29/85.

In acest sens, se propun coloane din piatra sparta si balast cu diametru de 600 mm, iar lungimea fisei de aproximativ 10,00 m.

In faza initiala se va realiza in amplasament un poligon experimental in care se vor trasa axele coloanelor, dupa care se vor executa penetrari in conformitate cu normativul C 29IV/85. Suprafata terenului de sub pardoseala, care va fi conso­lidata cu coloane din piatra sparta si balast, va depasi laturile fundatiei exterioare (B) cu o latime egala cu B/2.

In functie de rezultatele obtinute se va definitiva lungimea de incastrare a coloanelor, distanta dintre acestea si oportunitatea introducerii nucleelor rigide din beton. Aceste nuclee din beton simplu sporesc capacitatea portanta a terenului si contribuie la limitarea tasarilor. Dupa executia lor, se trece la faza urmatoare de realizare a unei perne din balast compactat cu un geotextil de separatie si geogrile biaxiale.

Imbunatatirea terenului pe intrea­ga suprafata determina si cresterea gradului de incastrare la partea superioara a pilotilor de sub funda­tiile stalpilor, ceea ce mareste capa­citatea lor portanta cat si rigiditatea in plan orizontal a grupurilor de piloti.

Solutia de imbunatatire a terenului cu coloane vibropresate si nuclee rigide se impune din cauza:

• caracteristicilor fizico-mecanice diferite ale terenului sub pardoseala cladirii;
• capacitatii portante mici a terenului de fundare, pana la adancimea de aproximativ 10,00 m – 15,00 m;
• nivelului ridicat al apei subterane, interceptat la 0,50 m, stabilindu-se la CTN dupa 24 ore in anumite zone ale amplasamentului;
• amplasarii cladirii intr-o zona aluvionara cu stratificatii incrucisate, orientate nefavorabil dupa linia de cea mai mare panta si caracteristici fizico-mecanice slabe si diferite;
• circulatiei libere a apei subterane, dinspre amonte spre aval, care nu este influentata favorizand, astfel, drenarea naturala a zonei;
• evitarii fundarii cladirii in stratul de pamant degradat aluvionar, format din strate cu continut ridicat de nisip saturat, susceptibil la lichefiere, la actiuni seismice;
• factorului de stabilitate care indica probabilitatea producerii unei alunecari in cazul unui seism caracteristic zonei, prin amplasarea noii cladiri in terenul existent;
• mentinerii starii de echilibru a intregului pachet aflat sub constructie, deoarece incarcarile sunt transmise prin intermediul pilotilor stratelor inferioare cu consistenta mai buna.

Realizarea coloanelor din piatra sparta si a nucleelor rigide din beton simplu conduce la marirea capaci­tatii portante a terenului de sub pardoseala prin:

• inlocuirea partiala a unui material slab (praf argilos nisipos saturat) cu un alt material (piatra sparta sau balast) cu caracteristici fizico-meca­nice superioare;
• drenarea pe verticala a apei prin intermediul coloanelor de material granular si dirijarea acesteia spre drenuri orizontale colectoare.

Acest sistem de fundare are avantajul drenarii gravitationale a apei dinspre versant, catre aval in amplasamentul cladirii, cu interventii minimale, ramanand a se executa numai drenuri si transee drenante de mica adancime.

Adancimea de incastrare a coloa­nelor se va stabili prin observatii de teren odata cu inceperea executiei lor, in functie de gradul de indesare al materialului in care patrunde, de viteza de inaintare a tijei de vibro-presare si de energia necesara la inaintare. Aceleasi controale si verificari se vor face, pe strate elementare, la executarea pernei din balast armata cu geogrile. Gradul de compactare al pernei se va realiza in conformitate cu STAS 9850/89 si C29/85.

Solutii de drenaj sub cladire Si parcaje

Pentru inlaturarea efectelor ne­gative ale apei subterane asupra caracteristicilor terenului de fundare de sub cladire si sub parcaje s-a stabilit, pe baza unui studiu hidrogeologic, executia unor drenuri si transee drenante pentru colectarea si dirijarea apei catre o retea de canalizare.

CONCLUZII

• Utilizarea coloanelor vibropresate din piatra sparta – balast si a nucleelor din beton s-a dovedit a fi o solutie de imbunatatire a terenului.
• Fundarea indirecta pe piloti forati, utilizarea coloanelor vibropresate si a nucleelor rigide asigura stabilitatea zonei in care este amplasata investitia.
• Fundarea cladirii, pardoselilor si parcajelor combinate cu sistemul de drenaj au condus la valorificarea unui teren dificil din punct de vedere al conditiilor de fundare.
• Alegerea sistemelor de fundare si drenaj s-a facut tinandu-se seama de conlucrarea ansamblului supra­structura – infrastructura – teren de fundare, asa incat sa se obtina o eficienta maxima de rezistenta si stabilitate.

BIBLIOGRAFIE

1. NP 074/2007– Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii;
2. P 100/1-2006 – Cod de proiec­tare seismica. Prevederi de proiectare pentru cladiri;
3. STAS 6054-77 – Teren de fundare. Adancimi maxime de inghet;
4. STAS 1242/1-89 – Teren de fundare. Principii de cercetare geologica, tehnica si geotehnica a terenului de fundare;
5. STAS 3300/2-85 – Terenul de fundare. Calculul terenului de fundare;
6. C 159-89 – Instructiuni tehnice pentru cercetarea terenului de fundare prin metoda penetrarii cu con;
7. xxx – Studiu geotehnic si studiu hidrogeologic – Amplasament Falticeni – SC Progeocon SRL;
8. xxx – Raport de monitorizare inclinometrica si piezometrica – Amplasament Falticeni – SC Geosolution Expert SRL;
9. xxx – Studiu geotehnic si hidrogeologic – Amplasament Falticeni – consultant general Sanda Manea.

Autori:
Dumitrica Stefanache, D. D. Stefanache – S.C. Progeocon S.R.L. Iasi
prof. univ. dr. ing. Sanda Manea – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
prof. univ. dr. ing. Paulica Raileanu – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ din Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 117 – august 2015, pag. 16