GEOBRUGG AG: Aprecieri asupra testelor din teren ale plaselor din sarma spiralata destinate protectiei blocurilor de roca

Sistemele flexibile din plase din cabluri au fost utilizate, in regiuni alpine, timp de decenii pentru protejarea versantilor de roca impotriva blocurilor instabile sau a maselor de roca predispuse a se desprinde. Configuratia masurii de protectie s-a bazat, adesea, pe anii de experienta ai specialistilor individuali. S-a simtit lipsa unor concepte de dimensionare adecvate sau, pe de alta parte, au fost folosite modele extrem de simplificate. Pentru a intelege mai bine modul de lucru al plaselor flexibile realizate din cabluri si modul lor de interactiune cu tijele de ancoraj, pentru a analiza distributia de forte si pentru a investiga influenta dinamica, au fost efectuate teste amanuntite in Felsber, langa Chur, Elvetia.

Lucrarea de fata concentreaza informatiile si concluziile obtinute pentru aplicarea plaselor flexibile din cabluri ancorate cu tije de ancoraj sau ancore pentru roca. 

Un aspect deosebit de important in alegerea sistemului potrivit de protectie il constituie posibilitatea alegerii libere a pozitionarii ancorelor. Tinand cont de aceasta, fixarea unui bloc puternic alterat poate fi facuta, in mod optim, de exemplu, perimetral, si cu ajutorul unei plase ancorate. In acest caz, optim inseamna utilizarea unui numar cat mai mic de ancore, astfel incat blocul de piatra sa aiba o deplasare maxima admisa si sub un unghi anume, cerinte specificate prin proiect, presupunand ca blocul nu poate fi stabilizat direct cu tije de ancoraj sau ancore.

Reprezentativ pentru acest nou gen de protectie al blocurilor de roca, indeplinind cerinta unei dispuneri libere a tijelor de ancoraj, este sistemul SPIDER® de fixare a blocurilor.  Sistemul a fost supus unor teste la scara mare urmarindu-se investigarea, in cele mai rea­liste conditii, a comportamentului fixarii blocurilor de piatra, interactiunii dintre componentele sistemului, directiei si nivelului fortelor transferate din blocul instabil, prin plasa, catre punctele de ancoraj, intr-un test la scara 1:1, in diferite conditii de contur. A fost identificat un teren ideal pentru incercari, la baza masivului Calanda, in districtul Felsberg, la vest de Chur, Grisons, Elvetia.

Conceptul testului

Aceasta a presupus realizarea unei nise in forma de U, deschisa la baza. Suprafata de alunecare a facut un unghi de aproximativ 55° cu orizontala. In aceasta zona, grosimea stratului de calcar masiv este de aproximativ 0,4 m si corespunde grosimii fasiei indepartate pentru realizarea nisei. Formatiunile carbonatate apartin paturii elvetiene si au suferit inclinari abrupte din cauza procesului de cutare a muntelui. Latimea nisei este de aproximativ 2,5 m la partea superioara si se evazeaza pana la 4,0 m la baza. Lungimea ei este de aproximativ 3,5 m.

Pentru ancorarea plasei, au fost instalate, pe toate cele patru laturi, cate trei tije de ancoraj tip GEWI D = 28 mm. Suplimentar,  in interiorul nisei au fost instalate alte doua ancore. Acest aranjament permite testarea in diferite configuratii ale tijelor de ancoraj. A fost, de asemenea, posibila montarea, la partea superioara si inferioara, a unui cablu lateral prins in ancore formate din cablu spiralat. Ancorele au fost dispuse la aproximativ 1,0 m distanta intre ele. Figura 1 prezinta dispunerea ancorelor.

Pentru a permite efectuarea testelor in cele mai naturale conditii, a fost folosit un bloc din cariera de piatra din apropiere, de forma mai mult sau mai putin cubica, a carui rugozitate corespunde cu cea a rocii din zona in care s-au efectuat testele. Greutatea blocului a fost de 1.160 kg. La capatul blocului de piatra s-au fixat, prin cimentare, doua urechi din fier-beton indoit care au permis suspendarea si manipularea blocului cu ajutorul unui cablu de macara (Habegger).

Deplasarea blocului a fost masurata, prin intermediul unui cablu de tractiune, cu un potentiometru a carui deplasare maxima masurabila este de 1,5 m. Pentru a inregistra fortele transferate prin intermediul plasei catre diferitele puncte de ancoraj, s-au folosit placi din aluminiu, special dezvoltate. Astfel, a fost posibila adaptarea optima a acestora la conditiile testului. Suplimentar inregistrarii electronice a fortelor, inainte si dupa test, au fost inregistrati si vectorii de directie, ceea ce a permis determinarea, intr-un mod cat mai realist, a comportamentului plasei si cablurilor perimetrale fata de ancoraje. Un alt test a presupus alunecarea brusca a blocului.  Aceasta s-a realizat cu o funie de canepa care, din cauza frecarii ca urmare a utilizarii unui sistem de scripeti, a fost eliberata manual.

TESTE IN TEREN LA SCARA EXTINSA

S-au realizat un total de 29 de teste, cu 7 configuratii diferite ale ancorajelor. Prezenta lucrare analizeaza un singur exemplu, testul 20 cu o dispunere in V (fig. 4).

In cadrul testului 20 s-au utilizat cabluri de 14 mm, fixate lateral sus si jos in ancore din cablu spiralat avand D = 14.5 mm (punctele de ancoraj 13  – 16).  Pe langa cablul perimetral, plasa este fixata sus si jos in alte cate doua ancore. Plasa este prinsa, de asemenea, pe laturi in alte cate doua ancore.

Spre deosebire de testele fara cabluri perimetrale, in cadrul testului 20, prin intermediul cablurilor superioare si inferioare au fost transferate forte certe. Aceasta permite o analiza mai complexa a transferului de forte.

Distanta de accelerare a  fost destul de lunga, 1.050 mm, ceea ce a influentat, in mod direct, viteza maxima si acceleratia. In cadrul testului 20 au fost masurate urmatoarele valori maxime:

• viteza maxima = 2,30 m/s;
• acceleratia maxima = +6,42 m/s2;
• intarzierea maxima = –15,67 m/s2.

Datorita dispunerii cablurilor perimetrale, sistemul de protectie a avut un comportament mai rigid. Faptul ca in cadrul testului 20, cele doua ancoraje laterale au contribuit si ele la transferul fortei, a avut, de asemenea, o influenta asupra rigiditatii.

Relatia dintre fortele transferate la partea superioara, din totalul fortelor directionate in jos, duce la un h = 0,52 – 0,64. Pe de alta parte, ancorajele laterale au o influenta de z = 0,52 – 0,61.

Daca vom compara fortele obtinute prin calcul static cu valorile dinamice masurate, coeficientul rezultat este kDS = 2,3 – 2,7.  Interesant, coeficientul  kRS este aproape 1. Aceasta inseamna ca, prin dispunerea cablurilor de suport, blocul de piatra este mai putin fixat, sistemul avand un comportament mai mult elastic. In acest caz, fortele reziduale pot fi estimate cu o acuratete suficienta, din consideratii simple de echilibru.

CUNOSTINTE DOBANDITE SI CONCLUZII PENTRU PRACTICA

Testele din teren, efectuate la scara mare, au aratat aplicarea practica a plaselor din cabluri, asa cum este sistemul SPIDER® destinat protectiei blocurilor de piatra. Mai mult, seria de teste a permis determinarea, in functie de dispunerea ancorajelor, a directiilor si modu­lelor vectorilor fortei. Distanta pe care blocul de piatra a accelerat a avut un rol important. Testele au condus la urmatoarele concluzii pentru practica:

• Daca fortele determinate de un bloc instabil sunt calculate, doar din considerente statice, pe baza conditiilor de echilibru, uneori fortele din ancoraje pot fi mult subestimate. Dupa cum au aratat testele, ca urmare a influentei dinamice fortele sunt mai mari cu 1,5 – 2,5 sau chiar mai mult decat cele static determinate. Drept urmare, in cazul dimensionarii sistemelor flexibile de protectie si de fixare al blocurilor trebuie luat in conside­rare factorul dinamic kDS.
• In principiu, fortele tind sa fie transferate catre partea superioara. Coeficientul h ce exprima relatia dintre fortele dezvoltate la partea superioara si cele de la partea inferioara depinde de modul de imbracare al blocului cu plasa din cabluri si de instalarea sau nu de cabluri perimetrale.
• Testele din teren la scara mare au aratat ca, atunci cand, pentru fixarea blocurilor individuale de piatra, se utilizeaza o plasa cu ochiuri mai mari, trebuie instalate cabluri perimetrale la partea superioara si inferioara si, acolo unde este posibil, si lateral. Aceasta poate imbunatati semnificativ comportamentul sistemului.
• Pentru dimensionarea sistemelor flexibile de protectie a blocurilor poate fi folosit un model simplu, avand la baza consideratia de echilibru. Este obligatorie adaptarea la conditiile locale, specifice fiecarui proiect in parte, a factorilor ce intervin si a efectului dinamic.

Autori:
dipl. ing. Marius Bucur,
dipl. ing. George Corbescu – Geobrugg AG Geohazard Solutions

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 120 – noiembrie 2015, pag. 38