Alunecarile de teren. Factorii care le produc si metode de combatere

Dezvoltarea constructiilor a facut ca, de-a lungul timpului, amplasamentele considerate propice fundarii sa fie din ce in ce mai putine. Acest aspect a obligat beneficiarii sa ia in considerare exploatarea unor zone considerate anterior improprii construirii, caracteristica intalnita mai ales in zona marilor aglomerari urbane, din care face parte si orasul Iasi.

Lucrarea de fata se refera la un studiu de caz ce ilustreaza problemele pe care le implica amenajarea necorespunzatoare a unei zone, prin realizarea unei umpluturi de pamant, si efectele pe care le are aceasta asupra unei hale industriale construite pe amplasamentul amenajat.

Modificarea structurii morfo-dinamice a perimetrului studiat a condus, intr-o perioada cu ploi torentiale, la aparitia unor tasari diferentiate si a unei alunecari. Eforturile suplimentare de la nivelul structurii constructiei, induse de aceste fenomene, au condus la aparitia unor degradari in elementele de constructie. Existenta structurilor invecinate a facut dificila interventia la fata locului si a influentat reabilitarea zonei de alunecare a versantului, prin propunerea si executia unui sistem de fundare pe piloti forati, solidarizati la partea superioara printr-o grinda din beton armat. Sprijinirea elementelor de suprastructura pe sistemul realizat, piloti – grinda – radier, s-a facut cu ajutorul unor contraforti asezati pe grinda, in dreptul stalpilor, acestia avand rolul de a consolida constructia existenta. 

Alunecarile de teren sunt depla­sari gravitationale ale maselor de roci, pamanturi sau diverse resturi, pe o panta. Aparitia sau reactivarea lor este controlata de doua categorii de factori: naturali si antropici [1].

Asemenea fenomene reprezinta o amenintare majora la adresa vietii umane, cu efecte devastatoare asupra constructiilor ingineresti (cladiri, sosele, lucrari hidoedilitare, lucrari de arta etc.) si a mediului natural, in diferite zone montane si de deal de pe intreaga planeta.

Importanta acordata acestor feno­mene de alunecare este sca­zuta, in special in zonele in care producerea nu se manifesta evident si cu viteza sporita. De multe ori, aceste feno­mene se produc abia dupa ridicarea constructiilor in zonele cu potential de alunecare, fiind necesare, astfel, lucrari de stabilizare a versantilor.

Costul lucrarilor ce trebuie reali­zate pentru oprirea unor asemenea feno­mene, cumulat cu cheltuielile pe care beneficiarul trebuie sa le faca pentru contracararea efectelor nedo­rite pe care alunecarile le-au avut asupra diferitelor tipuri de constructii ingineresti, conduc la sume importante de bani.

Toate aceste inconveniente mate­riale pot fi evitate printr-o analiza mai atenta a terenului de fundare, a echilibrului morfo-dinamic de pe amplasament si a variatiei nivelului hidrostatic. De asemenea, trebuie ca beneficiarului sa-i fie explicat mai detaliat ca, acolo unde este cazul, lucrarile complementare ce se propun a se executa, anterior ince­perii construirii efective, sunt cheltuieli absolut necesare, care au exact rolul de a-l scuti pe viitor de situatii nedorite si de alte cheltuieli mult mai consistente. Dintre aceste lucrari complementare fac parte drenurile, rigolele, diferitele solutii de sistema­tizare a amplasamentului pe verticala, imbunatatirea terenului de fundare etc.

Clasificarea alunecarilor de teren si factorii care stau la baza producerii lor

Clasificarea alunecarilor de teren

Datorita numarului mare de factori si de combinatii ale acestor factori ce contribuie la declansarea alunecarilor de teren, rezulta si o mare varietate de tipuri pentru procesele de alunecare.

Dintre numeroasele criterii care au stat la baza clasificari acestor fenomene de-a lungul vremii, mentionam urmatoarele [2]:

• adancimea alunecarii – repre­zinta una dintre caracteristicile principale ale alunecarilor de teren, ea fiind adancimea la care este intalnita zona de rupere ce conduce la dezvoltarea suprafetei de alunecare in raport cu suprafata terenului. In functie de adancimea maxima pe care se produce alunecarea avem clasificarea conform Tabelului 1.
• viteza de alunecare – repre­zinta viteza de deplasare a masei de pamant antrenate in etapa de alune­care propriu-zisa (Tabelul 2);
• directia de evolutie a procesului de alunecare – in functie de directia in care fenomenul de alunecare evolueaza, fata de cea de deplasare a acumulantului de alunecare, avem: alunecari detrusive (progresive) si alunecari deplasive (regresive);
• pozitia suprafetei de alunecare in raport cu stratificatia versantului sau taluzului – in functie de acest criteriu, alunecarile de teren pot fi: consecvente, insecvente si asecvente;
• varsta alunecarilor – acest criteriu tine cont de intervalul de timp scurs de la producerea alunecarii si stadiul de activitate. Astfel, alunecarile de teren pot fi: alunecari actuale sau active si alunecari vechi sau stinse;
• miscarea masei alunecatoare – reprezinta modul in care masa alunecatoare se misca. Drept
  urmare, in functie de caracterul miscarii, alunecarile de teren pot fi: alunecari rotationale si alunecari de translatie;
• caracterul materialului supus alunecarii – alunecarile de teren pot afecta versantul in structura lui
  naturala sau se pot reactiva pe corpul unor alunecari mai vechi. Astfel, au fost impartite in: alunecari de ordinul I si alunecari de ordinul II;
• distanta pe care materialul alunecat o parcurge – in functie de aceasta caracteristica, alunecarile de teren pot fi: alunecari propriu-zise si alunecari tip curgeri de teren.

Factorii ce conduc la producerea alunecarilor de teren

Alunecarile de teren sunt responsabile pe intreg mapamondul pentru producerea de pagube insemnate, in ceea ce priveste atat vietile omenesti cat si latura materiala. Este bine stiut faptul ca aceste fenomene, cu caracter devastator, influenteaza, in sens defavorabil, atat viata umana, cu implicatii economice nefaste, cat si mediul inconjurator, afectand fauna si flora.

Complexitatea si multitudinea formelor in care aceste fenomene se pot produce este datorata multi­tudinii de factori ce determina declansarea.

Cauzele alunecarilor de teren sunt o consecinta a unor actiuni de durata provocate de o serie de factori externi, care actioneaza asu­pra versantilor sau a taluzurilor. Acesti factori pot fi naturali sau antropogeni. De cele mai multe ori, cedarea se produce din cauza cumularii efectelor acestora asupra masei de pamant [2], [3].

• Factorii naturali

Factorii naturali pot fi, la randul lor, impartiti in trei mari subcategorii: factorii climato-meteorologici, factorii biotici si factorii mecanici naturali.

Factorii climato-meteorologici cei mai importanti sunt precipitatiile sub orice forma, temperatura, fenomenul de inghet-dezghet, actiunea vantului, seceta etc. Dintre toti acesti factori climatico-meteorologici, precipitatiile, fie sub forma de apa, fie sub forma de zapada, sunt responsabile pentru provocarea celui mai mare numar de alunecari de teren. Apa rezultata in urma acestui fenomen ajunge sa se infiltreze in teren, influentand debitul si sensul de curgere a panzei frea­tice, cu urmari nefaste asupra stabi­litatii terenurilor aflate in panta.

Spre exemplu, in argilele tari si omogene, fortele care apar ca urmare a infiltratiei apei provoaca formarea unor planuri de alunecare la adancimi foarte mari. Acest lucru este datorat reducerii efortului efectiv normal provocat de infiltrarea apei sau de fortele ascensoriale, facilitand cresterea de volum in lungul planului de alunecare, chiar daca greutatea stratului superior este mai mare.

Presiunea apei din pori nu trebuie privita doar ca un factor care micsoreaza efortul total unitar. Multe alunecari lamelare, datorate pre­zentei apei in masiv, prezinta o serie de asemanari. Prima ruptura nu apare la baza taluzului ci intr-un punct in care apa iese la suprafata masivului. Apoi, se produc deplasari ale blocurilor de pamant, fiind acoperite izvoarele de apa, si astfel fiind obstructionata scurgerea libera a apei, inmuindu-se terenul.

Alu­necarile provocate din cauza dezvoltarii unei puternice subpresiuni a apei subterane la zona de contact a straturilor mai permeabile cu straturi inferioare cu o permeabilitate sca­zuta se manifesta printr-o propagare rapida a suprafetei de rupere. Aparitia noilor crapaturi este o chestiune de ore, suprafata tere­nului fragmentandu-se in blocuri de mare intindere, chiar daca incli­narea masivului de pamant este relativ mica [2], [4].

Din categoria factorilor biotici fac parte prezenta sau absenta vegeta­tiei, dezvoltarea microorganismelor care pot conduce la transformari chimice, cu posibilitatea aparitiei de potential electric intre straturi si cresterea presiunii gazelor din pori si natura vegetatiei.

Factorii mecanici naturali sunt deosebit de variati si sunt in concordanta cu zona geografica a ampla­samentului care prezinta potential de alunecare. Din categoria acestor factori fac parte: eroziunea, abraziunea, sufozia, exploziile din cauze naturale, cutremurele de pamant, eruptiile vulcanice etc. [4], [5], [6].

• Factorii antropogeni

Ce-a de-a doua mare categorie da factori care pot declansa alune­cari de teren sunt factorii antropogeni. Acestia depind strict de interactiunea omului cu mediul inconjurator. In cadrul acestor factori sunt cu­prin­se: activitatile de excavare necontrolata, scurgerile de apa din retelele hidroedilitare ce contribuie la modificarea regimului hidrostatic natural, modificarile care tin de scopul initial de utilizare a diferitelor amplasamente, incarcarile suplimentare ale masivelor de pamant, vibratiile etc. De asemenea, in aceasta categorie de factori pot fi incluse si defrisarile necontrolate din Romania ultimilor ani, fenomen care a condus la transformarea unor suprafete insemnate din zone sigure si zone cu potential de alunecare.

Influenta rezistentei la forfecare maxime asupra declansarii alunecarilor de teren

Alunecarile de teren se produc atat in roci moi, cat si in roci stancoase, cu precizarea ca fenomenul se manifesta diferit in cele doua tipuri de roci. Astfel, spre deosebire de rocile tari, in care fenomenul de alunecare se produce brusc, fara a fi precedat de niste semne evidente, in rocile moi si in special in argile, alunecarea se produce relativ lent, prezentand deformatii clare pe suprafata terenului.

Figura 1 prezinta, atat pentru rocile stancoase, cat si pentru cele moi, variatia rezistentei la forfecare, pe masura cresterii deplasarii pe planul de rupere [5].

Mobilizarea rezistentei la forfecare in roci, la fel ca si in alte materiale, este dependenta de o anumita valoare a deplasarii. Prin incercarile de forfecare se obtin diagrame efort – deplasare care ofera informatii cu privire la valoarea maxima sau de varf a rezistentei la forfecare (tf) si valoarea ultima sau reziduala (tr) (fig. 2) [2].

Valoarea efortului normal si na­tura terenului sunt cele care dicteaza aparitia deplasarilor necesare mobilizarii celor doua valori (valoarea de varf si cea reziduala). Atunci cand suprafata de alunecare intercep­teaza mai multe tipuri de roci, de natura diferita, calculul coeficientului de siguranta trebuie sa tina cont si de posibilitatea cedarii progresive. Aceasta problema este asociata cu faptul ca valoarea de varf a rezistentei la forfecare se obtine simultan pentru toate materialele supuse ruperii [2].

Cedarea progresiva si mobili­zarea rezistentei la forfecare trebuie luate permanent in calcul atunci cand avem de-a face cu roci de natura stancoasa. In cazul in care straturile sunt slabite, prezentand fisuri, trebuie avut in vedere ca acestea nu manifesta o valoare de varf, cedarea lor producandu-se in urma unor deplasari relativ mari. Pe de alta parte, morfometria suprafetelor de „fracturatie – fisuratie“ si prezenta puntilor de legatura determina concentrari de tensiuni, cedari locale, ca urmare a unor deplasari mici si o deplasare sacadata a masei ce aluneca.

In rocile argiloase mobilizarea rezistentei la forfecare are loc in cadrul alunecarilor regresive, cedarea propagandu-se de la partea inferioara [2], [6], [7]. Latimea zonei de alunecare este strict dependenta de presiunea geologica ce ia nastere la baza versantului. Aceasta interdependenta dintre presiunea geologica si latimea terasei de alunecare poate fi repre­zentata sub forma unei para­bole (fig. 3), observandu-se, astfel, ca latimea masei alunecatoare creste odata cu presiunea geologica de la baza versantului.

Dupa cum a fost prezentat anterior, modul de comportare a masei alunecatoare, in cazul rocilor moi, depinde foarte mult de aceasta mobilizare a rezistentei la forfecare. La randul ei, aceasta rezistenta la forfecare este influentata si de umi­ditate (fig. 4). Din acest motiv, majoritatea alunecarilor de teren au ca principala cauza precipitatiile.

Frecarea dintre particule este influentata de prezenta apei si a complexului de adsorbtie, ceea ce conduce la un unghi mai mic al frecarii interne decat in cazul pamanturilor necoezive [8]. Daca avem o pondere insemnata de frac­tiuni argiloase si o umiditate ridicata, unghiul frecarii interne are valori mici, apropiate de 0. Pe masura ce creste continutul de fractiuni prafoase si nisipoase, unghiul frecarii interne atinge valori de 20°-25°.

Structura pamantului influen­teaza valoarea unghiului de frecare interna. O structura de tip flocular va avea un unghi de frecare mai mare, datorita legaturilor dintre particulele componente, pe cand la o structura dispersa frecarea va fi mult mai mica.

Structura si apa existenta in pamant influenteaza si coeziunea acestuia.

c = cw + cs + cp                       (1)

unde:

cw – coeziunea elecromoleculara (primara) generata de actiunea dintre complexul de adsorbtie si parti­cula solida;

cs – coeziunea structurala (de cimentatie) data de cimentarea in timp a legaturilor dintre particule;

cp – coeziunea capilara data de meniscurile capilare din porii pamantului.

Coeziunea primara este cu atat mai pronuntata cu cat complexul de apa adsorbita este mai scazut, iar pe masura cresterii apei adsorbite scade coeziunea. Coeziunea de cimentatie este componenta coeziunii care poate fi invinsa numai prin deranjarea structurii naturale a terenului si prin distrugerea legaturilor dintre particule. La terenurile loessoide aceasta se distruge mai usor, din cauza ca legaturile de cimentatie dintre particule sunt afectate usor de apa.

Coeziunea capilara dispare odata cu disparitia apei capilare si de cele mai multe ori poate fi neglijata. Astfel, putem enumera cauzele principale care stau la baza ruperii si mobilizarii progresive ale alune­carilor de teren [2]:

• aparitia sucesiva a unor noi suprafete de alunecare;
• deplasari diferentiate ale rocilor, in lungul suprafetelor de alunecare ce se dezvolta;
• curgerea lenta de adancime;
• aparitia tensiunilor reziduale in masa de roca;
• distrugerea treptata a masivului, produsa de infiltrarea apei si actiunea inghetului;
• redistribuirea treptata a fortelor normale, ca urmare a modificarii efortului normal in lungul suprafetei de alunecare;
• variatia presiunii apei din porii masei de roca, datorita deplasarilor masei alunecatoare.

Contracararea efectelor alunecarilor de teren

Metode de combatere a alunecarilor de teren

Aceste metode sunt diverse si trebuie sa tina seama de particula­ritatile si cauzele care au condus la situatia intalnita pe teren. Dificultatea stabilizarii alunecarilor de teren este data de stabilirea exacta a cauzelor si de modul in care pot fi obtinute informatiile necesare lucra­rilor ingineresti ce se preteaza fiecarei situatii.

Trebuie sa fie cunoscuta in detaliu structura geologica a masivului, sensul de cadere a straturilor fata de versant, caracterul stratificatiei, inclinarea versantului, tecto­nica zonei, conditiile hidrogeologice pe amplasament, compozitia chimi­ca si adancimea la care este cantonat nivelul hidrostatic, detalii legate de eventualele constructii care incarca versantul si nu in ultimul rand, proprietatile fizico-mecanice ale rocilor.

Adoptarea masurilor pentru stabilizarea amplasamentului sau, in anumite cazuri, a celor de limitare a efectelor alunecarilor de teren trebuie, in mod obligatoriu, sa fie precedata de stabilirea planului de alunecare si evident, a adancimii la care se produce fenomenul in interiorul versantului.

In functie de toate aspectele precizate anterior, pe care inginerul constructor trebuie sa le aiba in vedere, acesta alege solutia optima de stabilizare [2], [5], [6]:

• Profilarea taluzului – poate fi obtinuta fie prin reducerea incarcarilor ce actioneaza la partea superioara a versantului, fie prin marirea greutatii la baza alunecarii. Astfel se realizeaza reducerea pantei taluzului. Avantajul unei asemenea solutii este oferit de simplitatea executiei si de lipsa lucrarilor foarte complicate, care, in mod normal, folosesc betoane.
• Drenarea apelor de suprafata si a celor subterane – reprezinta o masura foarte eficienta, fiind necesara in majoritatea cazurilor (cand masa versantul este alcatuita din roci moi), deoarece apa este principalul factor ce determina producerea fenomenului de alunecare. Astfel, prin aceasta masura se evita deteriorarea proprietatilor fizico-mecanice ale pamanturilor din care este alcatuit versantul si scaderea coeziunii.
• Realizarea de filtre inverse pentru reducerea efectului sufoziunii – filtrele inverse, avand o permeabilitate mai mare decat terenul pe care il protejeaza, joaca rolul de colectoare, drenand apa si barand totodata suspensiile transportate in curentul de apa.
• Stabilizarea folosind vegetatia – inierbarea, diversele plantatii si impadurirea sunt masuri ajutatoare, cu efecte satisfacatoare datorita impiedicarii eroziunii, absorbtiei apei din sol si evitarii aparitiei crapaturilor de contractie, prin uscare la supra­fata masivului. Nu trebuie neglijat nici fenomenul de „armare“, pe care radacinile copacilor il pot avea asupra masivului.
• Lucrarile de rezistenta – sunt realizate cu scopul de a spori stabilitatea versantului sau pentru consolidarea alunecarilor deja produse. Cele mai frecvent utilizate sunt zidurile de sprijin. Un alt beneficiu al acestor tipuri de lucrari este ca ofera protectie versantului la eroziunea raurilor si abraziunea marii (ziduri longitudinale, gabioane, fascine etc.).
• Utilizarea ancorelor si a cablu­rilor pretensionate – reprezinta o alta solutie de stabilizare, in special in cazul rocilor stancoase.
• Tot din categoria lucrarilor de rezistenta fac parte si solutiile care implica piloti, chesoane, barete si pereti mulati. Aceste solutii ofera rezultate foarte bune dar implica costuri ridicate si pot aparea dificultati in executie.
• Imbunatatirea proprietatilor fizi­co-mecanice ale rocilor – are drept scop sporirea rezistentei la forfecare in masivul alunecator. Imbunatatirea poate fi facuta folosindu-se procedee electrice (electroosmoza), chimice (injectarea rocilor cu diferite substante chimice) sau termice (arderea sau inghetarea rocilor).

Asigurarea stabilitatii unei constructii folosind piloti forati

Studiu de caz din zona municipiului Iasi

Din cauza alunecarilor de teren dintr-o zona adiacenta a municipiului Iasi, au aparut degradari la structura de rezistenta a unei constructii, astfel fiind pusa in pericol exploatarea in conditii normale.

Amplasamentul analizat prezinta o inclinare de (4÷5)%, constructia cu regim de inaltime P+1E fiind asezata pe o umplutura cu grosimea de 2 m. Structura de rezistenta a imobilului este alcatuita din zidarie portanta intarita cu stalpi si centuri din beton armat. Fundarea a fost realizata folosindu-se retele de grinzi. Trebuie precizat ca sunt evidente unele greseli de proiectare si executie, acestea influentand amploa­rea degra­darilor. Figura 5 prezinta situatia intalnita pe amplasament, fiind evidentiate o parte din degra­darile aparute.

Pentru sporirea sigurantei in exploatare au fost propuse doua ca­tegorii de masuri: de stabilizare a amplasamentului si de reparare si consolidare a structurii de rezistenta existente. Astfel, pentru oprirea alunecarii de teren a fost propus un sistem alcatuit din 10 piloti forati, din beton armat, incastrati la partea superioara intr-un radier din beton armat (fig. 6). Pilotii vor avea diametrul de 60 cm si lungimea de 12 m, pentru a putea depasi adan­cimea la care se gaseste planul de alunecare si a realiza incastrarea in stratul de marna aflat la -(10÷11) m.

Pentru imbunatatirea comportarii pe viitor a structurii de rezistenta si pentru a evita situatiile nedorite s-a propus ca, in dreptul celor trei stalpi de pe placa radierului, sa fie ridicati, pana in dreptul planseului de peste parter, contraforti din beton armat, cu rolul de rigidizare pe directie longitudinala (fig. 7). Pentru fiecare din cei trei contraforti va trebui realizata legarea armaturilor atat la nivelul planseului cat si la nivelul radierului.

Pe langa aceste masuri propuse in prima instanta, trebuie ca structura de rezistenta sa fie consolidata in intreaga constructie si acolo unde este cazul, gasite solutii optime pentru corectarea greselilor de proiectare.

CONCLUZII

Complexitatea si multitudinea formelor in care alunecarile de teren se pot produce este datorata numerosilor factori care determina declansarea fenomenului.

Rezistenta la forfecare conditi­oneaza producerea alunecarilor de teren. Fortele ce actioneaza in sens destabilizator asupra masivului de pamant trebuie sa invinga aceasta rezistenta pentru ca fenomenul sa se declanseze.

Sistemul de fundare, pentru amplasamentele aflate in panta si care prezinta straturi mari de umpluturi, trebuie sa fie ales astfel incat incarcarile transmise de constructie sa poata fi preluate in mod corespunzator, fara a afecta echi­librul morfo-dinamic al amplasamentului.

Urmarirea in timp a nivelului hidrostatic si dirijarea controlata a apelor de suprafata, pe amplasamen­tele ce prezinta risc de alunecare, este, de asemenea, o metoda care poate da rezultate sa­tisfacatoare. Lucrarile de infrastructura ale constructiilor pot produce modificari ale directiei si ale zonelor de circulatie a apei de suprafata si de adancime.

BIBLIOGRAFIE

1. Poyiadji E., Nikolaou N., Landslide hazard susceptibility mapping – a tool for local and national authorities for landslide mitigation strategies, Proceedings of Landslide Risk Mitigation – Challenge and Strategy. Exploratory Workshop, A. Rotaru, editor (2009);
2. Raileanu P., MuSat V., Tibichi E., Alunecari de teren – Studiu si combatere. Casa de Editura Venus, Iasi, 2001;
3. Alupoae D., ASuencei V., Aspecte generale privind alunecarile de teren, Revista Urbanism, Arhitectura, Constructii, vol. 3, nr. 3 (2012);
4. Asuencei V., Raileanu P., Evaluarea riscului de producere a alunecarilor de teren, Volumul Conferintei Nationale Creatii Universitare 2011, editori N. Pesehanov, C. Plescan si C. Ciobanu (2010);
5. Florea M. N., Alunecari de teren si taluze. Editura Tehnica, Bucuresti (1979);
6. Zaruba Q, Mencl V., Alunecarile de teren si stabilizarea lor. Editura Tehnica, Bucuresti (1969);
7. MuSat V., Contributii in pro­blema stabilitatii versantilor. Teza de doctorat, Institutul Politehnic Iasi (1988);
8. Paunescu M., Pop V., Silion T., Geotehnica si Fundatii. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti (1982).

Autori:
ing. Vlad Asuencei,
ing. Daniel Alupoae,
dr. ing. Adrian Baron,
prof. dr. ing. Paulica Raileanu – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 120 – noiembrie 2015, pag. 44