Structura de sprijin din pamant armat cu geogrile pentru consolidarea drumului de acces la partia de schi si telegondola din municipiul Piatra Neamt

Prin conlucrarea a doua materiale cu proprietati diferite, unul natural (material granular necoeziv sau slab coeziv) si unul artificial (geosintetic), se formeaza conceptul de pamant armat, concept dezvoltat in ultimii 30 – 35 de ani pe plan mondial si national. Aceste tipuri de structuri sunt considerate a fi de greutate, capabile sa suporte impingerile exercitate de masivul de pamant aflat in spatele lucrarii. Materialul de umplutura folosit trebuie sa fie capabil sa preia eforturile de compresiune si forfecare aparute, iar eforturile de intindere vor fi transmise armaturilor (materialelor geosintetice), prin frecare in zonele de contact dintre acestea. Punerea in opera a pamantului armat cu materiale geosintetice se realizeaza printr-o alternanta de straturi de pamant compactat si armatura.

Introducerea geosinteticelor sub forma de armaturi pentru preluarea eforturilor de intindere a revo­lutionat conceptul de pamant armat.

Dezvoltarea lucrarilor de pamant armat prin folosirea materialelor geosintetice a dus la posibilitatea de realizare a unor structuri de sprijin abrupte, verticale, reabilitarea terenurilor alunecate, ramblee, diguri, imbunatatirea terenurilor de fundare.

Pentru consolidarea masivelor afectate de fenomene de instabilitate se pot folosi diferite tipuri de armaturi (metalice, geosintetice, geogrile) sau diferite tipuri de parament (blocuri prefabricate din beton, structuri metalice, geogrile intoarse sau geosintetice), asociate cu materialul de umplutura [1].

Studiu de caz

Prezentul studiu de caz evidentiaza implementarea unei structuri de sprijin din pamant armat cu geogrile, pentru consolidarea unei portiuni de drum care face legatura intre orasul Piatra Neamt si partia de schi si telegondola situata pe platoul dealului Cozla [2].

Amplasamentul

Amplasamentul studiat este situ­at in partea de nord a municipiului Piatra Neamt, pe dealul Cozla, reprezentand terminatia sudica a muntilor Stanisoara, cu o inaltime de 679,0 m, el permitand accesul catre Cercul Gospodinelor si la punctul de plecare al partiei de schi. In aceasta zona, drumul este atat in rambleu cat si in debleu, in functie de relieful versantului, ambele cu inaltimi variabile.

Vegetatia forestiera este raspandita pe aproximativ 90% din supra­fata versantului, formata din specii rezistente la seceta: pin, salcam, ulm, carpen, iar in subarboret: sanger, lemn cainesc, maces.

Avand in vedere ca amplasamentul se gaseste in imediata vecinatate a terasei paraului Bistrita, terenul de fundare este alcatuit, pana la adancimi de 5 – 6 m, dintr-un depozit aluvionar granular constituit din pietris cu bolovanis si nisip mare. Sub acest depozit aluvionar se ga­sesc depozite paleogene, alcatuite din gresii si calcare, considerate fundamentul tehnic al zonei.

Din punct de vedere tehnic, raionarea climatica a teritoriului national incadreaza municipiul Piatra Neamt in urmatoarele zone:

• presiunea de referinta a vantului, mediata pe 10 minute q_ref = 0,5 kPa, conform NP 082-04 [8];
• valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe sol S_0,k = 2,0 kN/m2, conform CR 1-1-3-2005 [9].

Conform reglementarii tehnice „Cod de proiectare seismica – Partea l – Prevederi de proiectare pentru cladiri“ indicativ P 100-1/2006, zona­rea valorii de varf a acceleratiei terenului pentru proiectare, in judetul Neamt, pentru evenimente seismice avand intervalul mediu de recurenta IMR = 100 ani, are valoarea a_g = 0,20 g si perioada de control (colt) T_c a spectrului de raspuns T_c = 0,70 sec.

Cantitatile ridicate de precipitatii din anumite perioade ale anului si suprafetele de teren cu pante de peste 30%, au produs de-a lungul timpului, pe amplasamentul descris, mai multe fenomene de alunecare, eroziune de adancime si eroziune de suprafata.

De pilda, in perioada mai – iunie 2010, din cauza precipitatiilor abundente si a colmatarii rigolelor drumului, apa s-a infiltrat in fisurile si microfisurile deluviului, acesta s-a inmuiat si a declansat alunecari care puneau in pericol desfasurarea, in conditii de siguranta, a traficului pe drumul de acces catre telegondola si partia de schi.

Alunecarea avea lungimea de aproximativ 60 m, latimea de 23 m -28 m si o diferenta de nivel de 26 m. Dupa producerea alunecarii, in partea dreapta a drumului au fost depozitate resturi de materiale de constructii si umpluturi din excava­tiile altor lucrari, avand un efect ne­gativ prin incarcarea versantului.

Prin alunecarile si surparile de teren care au avut loc, se punea in pericol circulatia pe sectorul de drum analizat, iar eroziunea produsa inra­utatea conditia de instalare si dezvoltare a vegetatiei forestiere protec­toare.

Investigatii geotehnice

Pentru precizarea conditiilor geo­tehnice, in zona alunecarii de teren au fost executate urmatoarele lucrari de prospectare [3]:

• un foraj geotehnic, notat cu F03, pana la adancimea de 12,00 m – executat la baza alunecarii;
• un foraj geotehnic, notat cu F04, pana la adancimea de 7,00 m – executat in zona drumului;
• 9 penetrari dinamice, notate cu PD13-PD21, pana la adancimea de 4,00 m.

Corelarea celor doua foraje geo­tehnice a scos in evidenta existenta unei alunecari mai vechi, in masa careia s-a produs alunecarea actuala, prin determinarea planului de alunecare la adancimea de cca. 3.50 m in interiorul masivului, in masa deluviului.

Litologia terenului, conform forajelor geotehnice, a fost urmatoarea:

Forajul F03:

• 0,00 – 1,20 m – sol vegetal;
• 1,20 – 2,40 m – argila prafoasa cafeniu – galbuie;
• 2,40 – 3,60 m – praf argilos galben – cafeniu;
• 3,60 – 3,90 m – sol vegetal fosil;
• 3,90 – 4,70 m – argila prafoasa galben – cafenie cu zone vinetii;
• 4,70 – 6,20 m – argila galbena cu zone vinetii;
• 6,20 – 7,30 m – praf nisipos argilos galbui cu zone vinetii;
• 7,30 – 8,50 m – praf argilos galben – cafeniu cu zone ruginii;
• 8,50 – 9,80 m – praf nisipos argilos galbui cu zone ruginii;
• 9,80 – 11,70 m – praf argilos galbui cu zone cenusii cu fragmente de gresie;
• 11,70 – 12,00 m – eluviu (argila marnoasa cenusie cu eflorescente de sulfati).

Forajul F04:

• 0,00 – 2,50 m – deluviu (argila cenusie galbuie cu zone ruginii, fragmente si blocuri de marnocalcar si gresie);
• 2,50 – 3,40 m – deluviu (argila marnoasa bituminoasa cenusie);
• 3,40 – 5,60 m – deluviu (argila marnoasa cenusie cu fragmente de marnocalcar si eflorescente de sulfati);
• 5,60 – 7,00 m – eluviu (argila mar­noasa cenusie cu eflorescente de sulfati).

In forajul F03 a fost interceptat la adancimea de 7,60 m un acvifer freatic, a carui grosime era de apro­ximativ 4,10 m. In forajul F04, executat in partea de amonte a alunecarii de teren, nu a fost intalnit niciun acvifer freatic.

In forajul F03, prin interceptarea solului fosil la adancimea de 3,60 m – 3,90 m si din observatiile pe zona din amonte de alunecare, s-a pus in evidenta existenta unei alunecari mai vechi, in masa careia s-a produs alunecarea actuala.

Solutia de consolidare proiectata

Pentru punerea in siguranta a traficului si asigurarea stabilitatii caii de acces catre partia de schi si telegondola, a fost proiectata, ca solutie de consolidare, o structura de sprijin din pamant armat cu geogrile. In continu­area structurii de sprijin catre baza alunecarii au fost proiectate inca patru banchete din pamant armat cu geogrile, cu latime variabila [2].

Dimensiunile structurii de sprijin si tipul geogrilei au fost determinate printr-un calcul manual, conform normativelor in vigoare si cu ajutorul programului de calcul GEOSTRU, modul MRE.

Inaltimea structurii de sprijin a fost impusa de urmatoarele conditii:

• conditii geotehnice – reprezentate de necesitatea depasirii stratului de umplutura (deluviile de panta) si fundarea structurii in stratul stabil, constituit din eluviu (argila mar­noasa cu eflorescente de sulfati), intalnit la adancimea de cca. 5,00 m (forajul F04);
• conditii de amplasament influentate de geomorfologia zonei;
• conditii de proiectare – semnifica respectarea dimensiunilor si cotelor proiectate ale drumului.

Realizarea lucrarilor a inceput cu executia banchetelor din pamant armat, cu latime variabila, din partea de aval, urmand ca, dupa finalizarea acestora, sa se treaca la executia structurii de sprijin propriu-zise, cu parament de protectie din plase sudate tip STNB.

Structura de sprijin este dispusa imediat langa acostamentul dreapta al drumului proiectat, avand rolul de a-l consolida si de a prelua incarcarile transmise din trafic.

Structura de sprijin din pamant armat cu geogrile

Realizarea structurii a implicat executia unei sapaturi in terenul existent, pana la cota terenului bun de fundare (eluviu constituit din argila marnoasa cu eflorescente de sulfati), apoi realizarea umpluturii de pamant armat cu geogrile.

S-a inceput de la baza, pe un teren nivelat si compactat cu cilindrul compresor cu un strat de geogrila, dupa care s-a asezat un strat de balast, in asa fel incat, dupa compactare, grosimea acestuia sa fie de 0,25 m (grad de compactare minim 95%); s-a asezat al doilea strat de balast compactat in grosime de 0,25 m, dupa care s-a intors geogrila inferioara peste cele doua straturi de balast. Latimea geogrilei este cu 0,50 m mai mare decat latimea banchetei, plus inaltimea stratului de balast, pentru a permite intoarcerea acesteia pana la stratul superior de armare.

Paramentul de protectie al structurii se realizeaza cu plase sudate tip STNB 08 100 mm x 100 mm, prevazute pe partea inferioara cu georetele si un strat de pamant vegetal insamantat.

Georetelele au avut functia antierozionala cu rol temporar, pana cand se dezvolta vegetatia.

S-a format, astfel, la fata structurii de pamant armat, un taluz cu panta generala de 1:1 si inaltimea de 3,00 m, o terasa cu latimea de 2,50 m, urmata de un taluz cu panta generala de 1:1 si inaltimea de 4.00 m.

Latimea geogrilelor a fost variabila, in functie de latimea banchetei (5,50÷7,00 m). Suprapunerea armaturilor in acelasi plan a fost de minimum 1,00 m, fiind legate cu elemente din material plastic.

Tipul de geogrila luat in conside­rare a avut urmatoarele caracteristici:

• material din polietilena de inalta densitate;
• greutate – minimum 850 g/m2;
• rezistenta la intindere – minimum 150 kN/m.

Umplutura s-a realizat din balast sort 0 – 71 mm, cu unghi de frecare interna de minimum 30°, compactat la umiditatea optima, determinata in laborator prin incercarea Proctor.

Lucrari de protejare a structurii din pamant armat

Structura de sprijin de langa acostamentul drumului a fost protejata cu plase sudate tip STNB f8, cu ochiuri 100 mm x 100 mm, prevazute, pe partea inferioara, cu georetele cu rol de protectie antierozionala si un strat de pamant vegetal insamantat.

Georetelele sunt realizate din polietilena cu adaos de cca. 2% negru de fum pentru protectie contra razelor UV si 0,25 ÷ 0,75% aditivi (antioxidanti, lubrifianti).

Acestea au urmatoarele proprietati fizice:

• densitate intre 0,933 – 0,941 g/cm3, in functie de procentul de negru de fum si de aditivii continuti;
• grosime – minimum 5 mm;
• masa – minimum 700 g/m2;
• forma ochiurilor este rombica, cu unghiuri intre 60° – 80°.

Acest sistem de protectie are avantajul ca se potriveste cu mediul din zona studiata, plasele sudate devenind aproape invizibile dupa cresterea vegetatiei.

Lucrari de interceptare si evacuare (drenaj) a infiltratiilor in corpul umpluturii de pamant armat

Conform studiului geotehnic, in forajul F04 nu s-au interceptat niveluri freatice sau curenti subterani. De aceea, problemele de drenaj care pot interveni sunt doar de natura infiltratiilor de apa pluviala. Din cauza caracterului permeabil al umpluturii si a riscului de dezvoltare a unor gradienti hidraulici peste va­loarea critica, drenajul a fost asi­gurat prin dispunerea de filtre inverse cu lungimi de 6 m – 7 m, amplasate din 5 m in 5 m, transversal pe structura de sprijin.

Pentru banchetele din pamant armat din zona aval, drenajul s-a asigurat cu saltele drenante dispuse pe profilul sapaturii, transversal pe directia banchetelor, filtre inverse cu lungimi de cca. 8 m, dispuse din 5 m in 5 m si un filtru longitudinal pe toata lungimea lucrarii (49 m).

Drenul orizontal cu filtru invers a fost amplasat pe fundul sapaturii in jurul unui tub PVC riflat cu f = 110 mm, cu deschiderea fantelor sub un unghi de 180° si o panta de curgere de 2%. Drenul va colecta infiltratiile si le va evacua sub o panta de 2% in santurile de suprafata dispuse in lungul lucrarii.

Santurile deschise au rol de a intercepta apa din precipitatii de la suprafata terenului si de colectare de la drenurile orizontale, cu evacu­are dirijata catre un emisar natural.

Criterii de proiectare

Pentru a realiza faza de pro­iectare a unei structuri de sprijin din pamant armat este necesara cunoasterea prealabila a unor date principale privind natu­ra si starea terenului in zona lucrarii, caracte­risticile climatice de baza, prezenta apei de suprafata si a celei subte­rane, prezenta sub­stantelor chimice agresive, durata de exploatare prevazuta, natura si caracteristicile materialelor componente [1].

Dimensionarea lucrarilor de constructii din pamant armat se bazeaza pe conlucrarea structurala dintre umplutura compactata si armaturile pozitionate in interior, cu formarea de straturi elementare.

In vederea dimensionarii trebu­iesc luate in considerare urmatoarele doua aspecte esentiale ale comportarii masivului de pamant [1]:

• Valorile de calcul pentru cele doua materiale constituente sunt selectate astfel incat forta de intindere in armatura si rezistenta la forfecare a pamantului sa se mobilizeze simultan;
• Starea de echilibru sa fie asigurata la un nivel al deformatiilor in structura corespunzator limitei de siguranta.

Metodele de calcul pentru astfel de structuri au fost dezvoltate pentru situatiile ce caracterizeaza metoda pentru starea limita ultima (SLU) si starea limita a exploatarii normale (SLEN).

Pentru proiectarea geotehnica, prin verificarea starilor limita, s-a respectat standardul SR EN 1997 – 1:2004 [4] cu specificatia ca starile limita pot sa apara atat in teren, cat si in structura, sau prin cedare combinata in structura si teren.

Pentru determinarea valorilor de proiectare au fost respectate prevederile din SR EN 1990:2004 [5], GP 093 – 06 [6], SR EN 1997 -1:2004 [4], P134 – 95 [7].

Caracteristicile geotehnice ale materialelor sunt:

• Greutatea volumica a terenului din spatele pamantului armat: g₁ = 17,80 kN/m3, caracteristicile mecanice: f₁ = 6,06°; c₁ = 7,70 kPa;
• Greutatea volumica a terenului de fundare:   g₂ = 18,46 kN/m3,  carac­teristicile  mecanice: f₂ = 11°; c₂ = 18,30 kPa;
• Greutatea volumica a   umpluturii armate: g₃ = 19,00 kN/m3, caracteristicile mecanice: f₃ = 30°; c₃ = 0 kPa.

Verificarea la starea limita ultima (SLU) a structurii de sprijin armata cu geogrile a fost realizata conform SR EN 1997:1 – 2004 prin 4 combinatii de incarcari (A1+M1+R1, A2+M2+R2, A1+M1+R2, (A1 sau A2)+M2+R3) [8]. Pentru evitarea atingerii starilor limita amintite, sunt admisi coeficienti partiali de siguranta pentru caracteristicile materialului, incarcari si gruparile de incarcari.

Pentru asigurarea rezistentei la intindere a armaturii in faza de proiectare a reiesit ca armatura o geogrila cu rezistenta caracteristica la tractiune de minimum 150 kN/m.

S-a ales dispunerea uniforma a armaturilor la o distanta de 0,50 m.

Rezulta:

Coeficientul f_m adoptat are in vedere o durata de viata proiectata a structurii de minimum 100 ani.

CONCLUZII

Conceptia de pamant armat, in raport cu structurile clasice, prezinta o comportare favorabila la compresiune, intindere si forfecare.

Aceste tipuri de lucrari ofera posibilitatea de executie prin metode diferite, in functie de tipurile de armaturi utilizate (metalice, geosintetice, geogrile), de parament (blocuri prefabricate din beton, structuri me­talice, geogrile intoarse sau geosintetice) si de materialul de umplutura (necoeziv sau slab coeziv).

Prin folosirea unui soft specializat pentru efectuarea verificarilor, se poate face rapid analiza mai multor variante si alegerea structurii optime.

Folosirea acestui tip de lucrare are un avantaj si din punct de vedere arhitectural, prin eviden­tierea vegetatiei specifice zonei la fata structurii de sprijin.

BIBLIOGRAFIE

1. Irina Lungu, Stanciu A., Boti N., Probleme Speciale de Geotehnica si Fundatii. Editura Junimea, Iasi (2002);
2. SC PROEXROM SRL IASI – Proiect tehnic nr.660/Oct.2011 – Consolidare drum acces telegondola pozitia Poiana Tapului. Octombrie 2011;
3. SC ALCRO TRADE SRL PIATRA NEAMT – Studiu Geotehnic – Dezvoltarea infrastructurii turistice pe masivul Cozla, Municipiul Piatra Neamt, Judetul Neamt – Alunecari de teren pe drumul de acces spre varful masivului Cozla – Etapa I, August 2011;
4. Eurocod 7: Proiectarea geo­tehnica. Partea l, SREN 1997:1 -2004;
5. Bazele proiectarii structurilor, SREN 1990:2004;
6. Ghid privind proiectarea structurilor de pamant armat cu materiale geosintetice si metalice, GP 093 – 06;
7. Ghid pentru proiectarea lucrarilor ce inglobeaza materiale geosintetice, P134 – 95;
8. Cod de proiectare. Bazele proiectarii si actiuni asupra constructiilor. Actiunea vantului, NP 082-04;
9. CR 1-1-3-2005 – Cod de proiectare. Evaluarea actiunii zape­zii asupra constructiilor. 

Autori:
ing. Razvan Chirila,
ing. Dan Carastoian,
ing. Silviu PrisecarIu – SC PROEXROM SRL Iasi
prof. univ. dr. ing. Nicolae Botu – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 127 – iulie 2016, pag. 26