Solutii de proiectare, executie si reabilitare a unor structuri portuare fundate pe coloane, amplasate pe sectorul maritim al Dunarii (I)

In conditiile cresterii traficului portuar, in zona Dunarii maritime a aparut necesitatea extinderii unor fronturi de acostare existente, pentru derularea operatiunilor portuare de incarcare/descarcare in/din nave fluviale/maritime, in conditii de siguranta si eficienta economica. Extinderea fronturilor de acostare se realizeaza prin prelungirea unor cheuri de tip estacada care, in mod traditional, pentru Dunarea maritima (intre Braila si Sulina), sunt fundate indirect pe piloti sau coloane. Fundarea indirecta este singura optiune in conditiile geotehnice particulare zonei de lunca a Dunarii inferioare (soluri slabe sedimentare), parametrilor de exploatare portuara, cu variatii de nivele ale apei de cca 6,00 m – 7,00 m, sarcinilor/soli­citarilor mari pe care le implica utilajele portuare (macarale, incarcatoare frontale), precum si interactiunii mijloacelor de transport intermodal (nave fluviale, maritime, trenuri, auto), care se deruleaza pe structurile portuare. Articolul de fata prezinta cateva cazuri ale unor structuri portuare sau santiere navale pentru care sunt punctate solutiile de proiectare, executie si/sau consolidare propuse in concordanta cu conditiile geotehnice ale amplasamentului, cu ipotezele de calcul si solicitarile din exploatare normala/exceptionala. 

CHEU VERTICAL DANA 31, PORT BAZIN DOCURI GALATI

Bazinul Docuri Galati (Mm 80 + 400) are cheuri amenajate cu pereuri din piatra si cheuri verticale pe latura aferenta silozului de cereale. Pe latura estica se afla una dintre calele santierului naval. Dana 31 este amplasata in Bazinul Docuri Galati, pe latura din dreapta a bazinului (latura pe care este amplasat silozul vechi „Anghel Saligny“), intre danele 30 si 32, oferind un front de acostare de 130 ml (fig. 1 si 2) si in prezent, dupa intocmirea proiectului tehnic si a detaliilor de executie, urmeaza inceperea executiei.

Conditii geotehnice

Prin pozitia sa, la exteriorul arcului carpatic, judetul Galati ocupa zona de intrepatrundere a marginilor provinciilor fizico-geografice est-europeana, sud-europeana si in parte, central-europeana, ceea ce se reflecta fidel atat in conditiile climaterice, in invelisul vegetal si de soluri, cat si in structura geologica a reliefului. Sub aspect geomorfologic, amplasamentul se afla situat in zona de lunca a Dunarii. Din studiile si cercetarile geotehnice efectuate in zona danelor 31 – 33, au rezultat urmatoarele formatiuni litologice:

• formatiunea 1 – este reprezentata de umpluturi alcatuite din pietris, caramizi si moloz avand cca. 1,00 m grosime;
• formatiunea 2 – apare pe cca. 13,00 m grosime si este reprezentata din argile in proportie de 92%,
  la care se adauga 8% intercalatii de turba; formatiunea este maloasa si alcatuita din urmatoarele strate: Stratul 1 (stratul superior) in grosime de cca 5,00 m – argila maloasa,
  cochilifiera, plastic consistenta, cenu­­sie si cafenie (j = 7°30’; Stratul 2, in grosime de cca 2,00 m – argila prafoasa, cenusie si cafenie, plastic consistenta, cu intercalatii de nisip fin galben cenusiu j = 13°, c = 3,8 t/mp; Stratul 3, in grosime de cca 4,00 m – argila maloasa, cochilifiera, cenusiu inchis, plastic consistenta j = 9°, c = 3,3 t/mp; Stratul 4, in grosime de cca. 1,00 m, – turba neagra j = 7°, c = 3 t/mp; Stratul 5, in grosime de cca 1,00 m, – argila maloasa cenusie plastic moale j = 11°, c = 2,2 t/mp.
• formatiunea 3 – apare pe cca. 8,50 m sub precedenta, este repre­zentata, in proportie de 92%, din
  nisipuri fine argiloase saturate, la care se adauga 8% intercalatie de turba si este alcatuita din urmatoarele strate: Stratul 1 (stratul superior), in grosime de cca 4,00 m – nisip fin argilos cenusiu saturat j = 33°, c = 0,0 t/mp; Stratul 2, in grosime de cca 1,00 m – turba neagra j = 6°,
  c = 3,7 t/mp; Stratul 3, in grosime cca 3,50 m, – nisip fin argilos, cenusiu saturat j = 33°, c = 0,0 t/mp.
• formatiunea 4 – apare pe o gro­sime de cca. 14,50 m si este repre­zentata, in proportie de 42%, din
  argila prafoasa cu film de nisip fin, 30% argila plastic vartoasa cu nisip si pietris, cu intercalatii de turba (8%) si nisip (20%) si este alcatuita din urmatoarele strate: Stratul 1 (stratul superior), in grosime de cca 2,00 m – argila cenusie plastic consistenta cu filme de nisip fin cenusiu
  j = 17°, c = 0,5 t/mp; Stratul 2, in grosime de cca 0,50 m – turba neagra fisilifiera j = 6°, c = 0,0 t/mp; Stratul 3, in grosime de cca 12,00 m – argila prafoasa cenusie plastic moale consistenta cu filme de nisip fin cenusiu argilos j = 16°, c = 0,0 t/mp.
• formatiunea 5 identificata sub precedenta, apare de la cota -30,00 si este alcatuita din nisip si pietris j = 33°, c = 0,0 t/mp.

Panza freatica s-a interceptat la adancimi de 2,50 – 3,00 m de la cota platformei in amplasament. In aceste conditii, pentru lucrarile hidrotehnice si civile, se recomanda executia de fundatii indirecte, pe coloane forate incastrate in orizontul de nisip si pietris, cu min. 2,00 m in stratul de baza situat sub cota -30,00.

Lucrari proiectate

In vederea realizarii unui front continuu de cheuri verticale pe latura dinspre silozul „A. Saligny“ din Ba­zinul Docuri Galati (latura danelor 30 – 31 – 32 – 33), s-a propus moder­ni­zarea frontului de acostare de la dana 31, prin construirea unui nou cheu vertical, care sa il inglobeze pe cel existent. Din conditii de modula­ritate date de distantele dintre coloanele de la apa (sirul A) si de distantele dintre coloanele la uscat (sirurile B si C), corelate cu dimensiunile grinzilor din beton precomprimat, cheul va fi alcatuit din doua tronsoane de cate 42 m si unul de 46,20 m, rezultand o lungime totala de 130,20 m. Cheul (fig. 3) va avea o infrastructura formata din 3 siruri de coloane forate, unul la apa si doua la uscat, cu diametrul de f1,20 m si lungime (fisa) L = 35 m, si o supra­structura din grinzi prefabricate post-tensionate monolitizate.

Cheul va putea permite, la nive­lele cele mai scazute, respectiv la ±0,00 m etiaj local, acostarea navelor fluvial-ma­ritime cu pescaj de pana la -7,00 m etiaj local.  Coronamentul cheului din dana 31 se va alinia cu danele 30 si 32 si va avea cota +6,30 m etiaj local Galati (~+7,20 m MNS). Aliniamentul paramentului nou de acostare va fi la distanta de 7,00 m de paramentul cheului vechi, in prelungirea cheului existent al danei 30 (fig. 4).

Lucrari infrastructura cheu

Infrastructura danei va fi realizata din doua randuri longitudinale de coloane:

• Randul dinspre apa, format dintr-un singur sir de coloane (A), forate vertical, la echidistanta in lungul cheului de 4,20 m; Diametrul este f1,20 m si lungimea L = 34,85 m; Varful coloanelor se afla la cota -32,00, incastrate minimum 2,00 m in stratul de pietris si/sau nisip. Coloana se incas­­treaza in radierul de la cota +2,85 fata de etiaj. Tubul de forare al coloanei, intre cota de incastrare in radier si cota -15,50, ramane inglobat (cofraj pierdut) in lucrare. Coloanele de la apa se vor arma cu carcase alcatuite din bare longitudinale, dispuse in 4 tronsoane.
• Randul dinspre uscat, format din doua siruri de coloane, sirul B catre apa si sirul C catre uscat,
  cu diametrul f1,20 m. Coloanele de pe sirul B sunt forate cu o inclinare de 8° fata de verticala, la echidis­tanta de 3,25 m in lungul cheului. Coloanele de pe sirul C sunt dispuse in pereche cu cele de pe sirul B, avand aceeasi echidistanta de 3,25 m. Coloanele sunt inclinate cu 12° fata de verticala.

Distanta intre sirul de coloane de la apa (B) si sirul de la uscat (C) este de 3,50 m, masurata la incastrarea in radier (cota intrados radier +2,50 m etiaj local).

Cota de fundare a coloanelor inclinate de pe sirurile B si C este -32,00 cu incastrare de minimum 2,00 m in orizontul de pietris. Pentru preluarea eforturilor datorate incarcarilor din seism, coloanele de pe randurile B si C au fost prevazute, la capatul superior, cu tuburi metalice cu lungimea de 5,00 m si grosimea de 14 mm. Cota de fundare a elemen­telor fisate tip coloane, de -32,00 m etiaj local, va fi determinata pentru fiecare element in parte, in functie de interceptia stratului de nisip si/sau pietris in care este necesara incastrarea pe min. 2,00 m.

Pentru realizarea structurii che­ului nou se va desface si demola partial cheul vechi, prin dezafectarea suprastructurii existente, de la cota coronamentului actual pana la o cota situata la cca +2,30 m etiaj local, care este si cota platformei de lucru pentru instalatia de foraj.

Se vor executa teste PIT, pentru verificarea continuitatii fisei betonate la toate coloanele si incercari statice pentru verificarea la smulgere/compresiune („Normativ privind incercarea in teren a pilotilor de proba si a pilotilor din fundatii – Indicativ NP 04-2000“) astfel:

• pe fiecare dintre cele trei siruri de piloti A, B si C se va incerca la compresiune cate un pilot, iar
  pilotii adiacenti de pe acelasi sir se vor verifica indirect la smulgere (se verifica primul grup de trei coloane turnate de pe fiecare sir, total 9 coloane);
• incercarea la forta orizontala se va efectua pe cate o pereche de piloti vecini de pe fiecare sir A, B si C, masurandu-se eforturile si depla­sarile relative si absolute (se verifica in total 6 coloane, cate o pereche pe fiecare din sirurile A, B si C).

Lucrari suprastructura cheu

Suprastructura danei 31 este compusa din urmatoarele tipuri de elemente:

• Radier continuu la apa din beton armat, rezemat pe sirul A de coloane de pe randul dinspre
  apa, in forma de L, avand talpa de 2,50 m latime si 1,17 m grosime; partea verticala a radierului include paramentul superior al cheului si are inaltimea de 3,50 m. Radierul va avea cota la intrados +2,80 m etiaj local, asigurandu-se, astfel, lucrul la niveluri medii ale Dunarii, iar cota coronamentului la +6,30, conform temei de proiectare. Intre tronsoanele radierului este prevazut un rost de dilatare de 2 cm. Deplasarile relative ale tronsoanelor sunt preluate prin intermediul unor reazeme mobile de neopren, amplasate la partea orizontala a rostului.

Tubul metalic pierdut al coloa­nelor din sirul A se incastreaza in radierul de la apa pe o lungime de 10 cm, iar carcasa de armatura a coloanelor se incastreaza in radier cu lungimea de ancoraj de 1,3 m. Montarea grinzilor prefabricate se va face pe bancheta radierului pe un mortar de poza, dupa ce betonul din radier si-a atins clasa de rezistenta. In etapa a doua de betonare se va turna elevatia radierului, in care se vor ingloba mustatile de la grinzile prefabricate.

In radierul de la apa se vor incastra binta de 50 tf, scara metalica de acces pe cheu si aparatorul de muchie al coronamentului cheului.

• Radierul continuu la uscat din beton, turnat in etapa 1-a pe capetele coloanelor din sirurile B si C de pe randul dinspre uscat, va avea 5,50 m latime si 1,45 m grosime, urmand a fi continuat spre uscat cu un zid vertical din beton armat cu rolul de sustinere a umpluturii din spatele cheului.

Tuburile metalice ale coloanelor de pe sirurile B si C vor patrunde in radier pe o lungime de 10 cm, iar incastrarea se va face prin intermediul unei carcase suplimentare de armatura. Radierul cu grosimea de 1,45 m se toarna intr-o singura etapa, impreuna cu capul coloa­nelor. Pentru micsorarea impingerii active, in spatele radierului de la uscat se va executa un prism din anrocamente cu sort cuprins intre 10 si 50 kg/buc. Intre prismul de anrocamente si terenul natural sau umplutura se va amplasa un filtru din geotextil cu rol de separatie.

• Grinzile prefabricate precomprimate sunt dispuse perpendicular pe frontul de acostare al danei si sunt solidarizate intre ele printr-o placa superioara (suprabetonare) din be­ton armat, desfasurata pe intreaga lungime a grinzilor pe directie transversala si pe lungimea tronsonului de dana pe directia frontului de acostare. La capatul catre apa, grinzile reazema direct pe radier, prin intermediul unui strat de mortar de egalizare si sunt solidari­zate cu radierul printr-o grinda monolita frontala de 1,10 m grosime, dezvoltata pe inaltimea grinzilor si a placii de suprabetonare. La capatul catre uscat, grinzile transmit incarcarea la radier prin intermediul
  unui aparat de reazem mobil din neopren armat, cu deplasarea limitata corespunzator deformatiei sale unghiulare capabile.

Rostul dintre grinda si zidul de garda al radierului va fi protejat de un dispozitiv de acoperire a rostului cu rolul de asigurare a continuitatii suprafetei de rulare, de etansare si de preluare a deplasarilor relative diferite ale suprastructurii produse de actiunea temperaturii si de miscarea seismica a terenului.

Grinzile cu lungimea L = 19,45 m, inaltimea H = 1,90 m, cu sectiunea transversala in forma de T, se rea­lizeaza din trei tronsoane prefabricate din beton armat clasa C 40/50, asamblate prin post-tensionarea unor cabluri de precomprimare introduse in canalele cu traseu curbiliniu.

Grinzile curente au latimea talpii superioare de 2,00 m, iar cele de la marginea tronsoanelor de dana au latimea talpii de 1,00 m. Post-tensionarea cablurilor se va realiza numai dupa ce betonul din rosturi va atinge rezistenta finala.

Cablurile pentru grinzile intermediare sunt compuse din 6 toroane de cate 7 fire, cu diametrul de 5 mm, cele pentru grinzile marginale ale tronsonului sunt alcatuite din 4 toroane de cate 7 fire de 5 mm diametru si corespund normei euro­pene EN 10138-3 – „Oteluri pentru precomprimare -Toroane“.

Deoarece in exploatare grinzile sunt supuse la cicluri alternante umiditate – uscare, existand situatii cand sunt imersate in apa un timp relativ indelungat, trebuie urmarita in mod special asigurarea grosimii minime a betonului de acoperire a armaturii si a nivelului de impermeabilitate al betonului corespunzator unei penetrari in profunzimea acestuia de maximum 10 cm, atunci cand elementul de beton este supus unei presiuni a apei de 12 bari.

• Placa generala de suprabeto­nare, din beton armat monolit de 25 cm grosime, de la partea superioara a grinzilor, se toarna in camp continuu, de preferinta fara rosturi de turnare pe fiecare din cele trei tronsoane ale danei 31. Placa este protejata la partea superioara cu o hidroizolatie de tip membrana, peste care se toarna un strat de cca. 14 cm gro­sime de beton rutier cu rol de protectie a hidroizolatiei si de asigurare a unei suprafete de rulare pentru
  vehicule, cu structura rugoasa si rezistenta adecvata la uzura.
• Accesorii de cheu pentru ancorarea navelor – constau in bolarzi de 50 t, aparatori metalici tip muchie continua de coronament, panouri amortizoare din polietilena de inalta performanta (pentru acostarea in siguranta a navei de calcul intre cotele +6,30 si +0,50, dispuse la distanta de 8,40 m, in dreptul coloa­nelor, cu energia specifica absorbita de 390 KNm), scari metalice de
  acces (incastrate in radierul de la apa, dispuse cate una pe fiecare din cele trei tronsoane ale cheului).

Pe cheu, peste placa monolita, se vor monta utilajele tehnologice de operare marfuri generale la nava.

Particularitati caz structura

Din calculul de rezistenta al cheului (dimensionare si verificare coloane, radiere, grinzi) in ipoteza „actiune seismica“, realizat conform SR EN 1998-2:2006 (EUROCOD 8 – partea 2 PODURI) si P100-2006, a rezultat necesitatea redimensionarii structurii cheului fata de structura din studiul de fezabilitate elaborat anterior aparitiei standardelor amin­tite. Pentru asigurarea la seism a structurii, in documentatie au fost prevazute urmatoarele modificari fata de SF:

• A fost micsorata distanta intre perechile de coloane de la uscat, iar coloana intermediara a fost
  eliminata;
• S-a marit diametrul coloanelor de la uscat de la 1,10 m la 1,20 m si s-a introdus un tub metalic de 5,00 m lungime, pentru a prelua eforturile din actiunea seismica;
• S-a marit distanta dintre sirurile de coloane de la uscat, rezultand si o marire corespunzatoare a radierului.

Din calculul de capacitate portanta a coloanelor a rezultat:

• Cota de fundare a coloanelor s-a coborat cu 4,00 m, de la -28,00 m la -32,00 m, asigurandu-se, astfel, incastrarea de minimum 1,5 diametre in stratul de balast conform SR EN 1536-2004 si o capacitate portanta sporita.

(Va urma) 

Autori:
ing. Victor Dumitrescu,
ing. Carmen Popescu,
ing. Dan Ivascu –  SC IPTANA SA Bucuresti 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 117 – august 2015, pag. 40