Proiectare si executie structura de sprijin pentru excavatie adanca – metoda Jet Grouting

Excavatiile adanci, in special cele ce sunt realizate sub nivelul apei subterane, implica, deseori, o analiza minutioasa, atat din punct de vedere al proiectarii cat si al executiei. Solutia tehnica aleasa trebuie sa indeplineasca, in primul rand, conditiile de rezistenta si stabilitate, iar in cazul la care ne referim, si pe aceea de impermeabilizare. Astfel, s-a propus si s-a ales metoda de realizare a incintei folosind tehnologia Jet Grouting, impreuna cu spraituri metalice. Pentru acest caz a fost cea mai buna solutie din punct de vedere tehnico-economic. Solutia de principiu prevede realizarea de coloane prin procedeul Jet Grouting (cimentarea pamanturilor), coloanele fiind prevazute pentru peretele vertical si pentru radierul de etansare. Peretele vertical este sprijinit cu spraituri din tevi metalice si filate din profile I, iar pentru prevenirea infiltrarii apei in excavatie, coloanele Jet Grouting au fost executate secant.

In privinta proiectarii, a fost necesara analiza structurii de sprijin in toate etapele sale de executie, pentru determinarea sectiunilor optime si a eforturilor maxime din structura. Lucrarea a fost executata si si-a indeplinit scopul cu succes, nefiind nevoie de masuri speciale pe parcursul exploatarii. 

Proiectul a fost conceput avand la baza tema de proiectare si executie din partea beneficiarului (Voest Alpine SSC). Aceasta prevedea realizarea unei incinte temporare, cu adancimea de 16 m de la ±0,00 m a constructiei, la adapostul careia sa se poata executa o cuva din beton armat, necesara amplasarii unui echipament tehnologic utilizat la prelucrarea tablei.

Constructia este situata in municipiul Giurgiu, fiind parte componenta a unui proiect amplu care cuprinde o hala pentru depozitarea de rulouri de tabla si debitarea acestora.

Pentru realizarea incintei s-au analizat mai multe solutii tehnice (pereti mulati, piloti forati, Jet Grouting, Deep Soil Mixing), solutia optima rezultata fiind cea de folosire a tehnologiei Jet Grouting. Principala conditie care a impus alegerea acestei tehnologii este prezenta apei si pericolul antrenarii hidrodinamice. Problema a fost rezolvata prin executia la baza incintei a unui radier de etansare din coloane Jet Grouting.

S-a renuntat la celelalte solutii deoarece nu permiteau realizarea unei baze a sapaturii etanse. Pentru a putea fi aplicate ar fi fost necesara prelungirea pilotilor / peretilor mulati pana la roca, ceea ce conducea la costuri ridicate.

Dimensionarea si executia proiectului s-au realizat prin colaborarea dintre Keller Geotehnica SRL, M-P-T Engineering GmbH si Grosu Proiect SRL.

Date geotehnice

Pe baza investigatiilor realizate a fost pusa in evidenta stratificatia de calcul prezentata in tabelul 1. 

Date geometrice

Dimensiunile in plan si pe verticala sunt conform figurii 1. 

Solutia tehnica de executie a incintei

Structura temporara a fost compusa din:

• Peretii incintei formati din coloane executate cu tehnologia Jet Grouting, secante;
• Radierul de etansare al incintei din coloane executate cu tehnologia Jet Grouting, secante;
• Avand in vedere adancimea excavatiei si tipul peretelui (rigid, nearmat), pentru preluarea eforturilor din impingerea pamantului si a apei s-au prevazut patru randuri de spraituri cu filate.

Tehnologia Jet Grouting

Din punct de vedere al diversitatii tipurilor de pamant, aceasta tehnologie are un domeniu foarte larg de aplicabilitate: de la pamanturile coezive (incepand cu argila) pana la pamanturile necoezive (terminand cu pietrisul). In figura 2 sunt ilustrate domeniile de aplicabilitate a tehnologiei Jet Grouting, in comparatie cu alte tehnologii de cimentare.

Jet Grouting – etape de executie

Utilajele care executa cimentarea pamanturilor prin Jet Grouting sunt produse de Keller si pot lucra atat in subsoluri cu inaltimi de lucru mai mici de 2,5 m, cat si in zone deschise. Cel mai mic utilaj poate trece prin spatii cu latimea de doar 1,15 m si inaltimea de 1,65 m.

Forarea

Trenul de tije se continua la partea inferioara cu monitorul (conduce suspensia prin duze in pamant) si capul de forat; acest ansamblu realizeaza forajul pana la cota ceruta in proiect. In mod normal, pentru stabilizarea forajului se foloseste chiar suspensia de ciment.

Atunci cand sunt intalnite obstacole, ca elemente din beton sau caramida, sunt utilizate capuri de forat roto-percutoare speciale.

Injectarea

Dezagregarea pamantului si amestecarea particulelor cu suspensia de ciment, prin intermediul jetului de inalta presiune, incepe de la partea inferioara a forajului si continua de jos in sus. Surplusul de amestec apa – pamant – ciment (detritus) este evacuat pe la partea superioara a forajului, prin spatiul inelar dintre peretii forajului si trenul de tije.

Cimentarea

Toate elementele din Soilcrete (amestec pamant – ciment) sunt realizate prin injectarea cu inalta presiune a suspensiei de ciment, concomitent cu erodarea pamantului. Acest proces face ca amestecul pamant – ciment sa fie unul uniform, in zona ce se doreste a fi stabilizata. Pentru a mentine constanta presiunea hidrostatica a suspensiei, pana la intarirea amestecului pamant – ciment, forajul va fi completat din cand in cand cu lapte de ciment proaspat.

Continuarea lucrarii

Elementele din Soilcrete pot fi executate unul dupa altul, in continuu, sau sarit, dupa metoda primar – secundar.
Jeturile de apa sau suspensie de ciment (lapte de ciment) cu presiune inalta ies printr-o duza, cu o viteza >100 m/s si erodeaza pamantul din jurul forajului. Pamantul erodat este amestecat cu suspensia de ciment.
Raza de actiune a jetului variaza in functie de pamantul ce trebuie stabilizat, de tehnologia si de fluidul utilizate, putand ajunge la 2,5 m.
Pentru prezentul proiect s-a folosit metoda jet dublu care se caracterizeaza printr-o putere de eroziune si raza de actiune imbunatatite, datorita invelirii cu aer comprimat a jetului de suspensie (fig. 4).
Soilcrete D (amestec pamant – ciment obtinut cu metoda jetului dublu) este folosit, in principal, pentru realizarea panourilor si radierelor de etansare, dar si pentru subzidiri.

PROIECTAREA SOLUTIEI TEHNICE

La proiectarea incintei s-au avut in vedere urmatoarele norme:

• NP 120-2006 Normativ privind cerintele de proiectare si executie a excavatiilor adanci in zone urbane;
• SR EN 1997/1-2006, Eurocod 7, Proiectarea geotehnica, Partea l: Reguli generale;
• SR EN 12716:2005 Executia lucrarilor geotehnice speciale. Injectarea cu presiune inalta a terenurilor (Jet Grouting).

Calculul de stabilitate si rezistenta al incintei s-a realizat cu programul de calcul GGU Retain v.4, program care respecta normele europene privind calculul structurilor de sprijin temporare.
Calculul peretelui nearmat, realizat din coloane secante, urmareste pasii de calcul ai unui zid de sprijin de greutate. Rezultanta fortei verticale din corpul peretelui poate devia din axul peretelui, astfel incat sa produca eforturi de intindere in maximum jumatate din sectiune.
Verificarea peretelui si a spraiturilor s-a efectuat pentru fiecare etapa de executie, etapa finala fiind prezentata in figurile 5 si 6.

S-au mai verificat:

• Cedarea prin ridicare hidraulica, rezultand grosimea radierului de etansare de 2,5 m;
• Spraiturile si filatele, rezultand spraituri din tevi metalice D 273 mm x 10 mm, OL 37 si filate din profile din tabla sudata tip I 270 mm x 6 mm + 150 mm x 8 mm.

Etapele EXECUTIEI

Realizarea platformei de lucru: Platforma de lucru are rolul de a mentine stabilitatea utilajului, atat in repaus cat si in miscare. Ea poate fi executata din piatra sparta/beton concasat compactat si are grosimea de 30-50 cm. Pentru lucrarea descrisa in acest articol s-a folosit o platforma de lucru din beton concasat, cu grosimea de 40 cm.

Amenajarea traseului de circulatie al detritusului: Detritusul reprezinta un material rezidual rezultat din operatiile de forare si injectare. El este constituit din pamant, apa si ciment in cantitate redusa. In cazul de fata a fost depozitat intr-o groapa de depozitare si a fost folosit, apoi, dupa intarire, la umpluturile controlate.

Testarea diametrului coloanelor

Premergator inceperii executiei coloanelor din lucrare s-a realizat un poligon de testare (fig. 8) pentru stabilirea parametrilor de executie.

In cadrul poligonului s-au stabilit:

• Viteza de retragere a trenului de tije;
• Viteza de rotire a trenului de tije.

S-a constatat ca in umplutura si in complexul coeziv se poate obtine diametrul de 2 m iar in complexul necoeziv, diametrul de 2,2 m.

In urma testelor s-a definitivat proiectul la nivel de detalii de executie, prin dispunerea in plan a coloanelor.

Realizarea coloanelor pentru radierul de etansare si peretii incintei prin procedeul Jet Grouting

Executia coloanelor este ilustrata in figurile 9 si 10. In figura 9 se poate vedea puterea jetului de suspensie de ciment, pompat cu presiunea de 400 bari, iar in figura 10 se poate observa utilajul in timpul forarii si injectarii.

Realizare sapatura in etape si structura din beton armat (fig. 11 – 14)

VERIFICAREA CALITATII LUCRARILOR

Calitatea lucrarilor a fost verificata prin:

1. Construirea unui poligon experimental pentru stabilirea parametrilor de executie (fig. 8);
2. Testarea densitatii suspensiei de ciment (raport A/C = 0,67 si densitate r = 1,67 g/cm3);
3. Utilajul genereaza automat o fisa a coloanei executate, in care sunt inregistrate datele de executie a coloanei de jet grouting (fig. 15);
4. Masurarea inclinarii tijei de foraj, pentru fiecare  coloana executata, pe doua directii perpendiculare, pentru asigurarea etanseitatii radierului din Soilcrete (fig. 16). 

CONCLUZII

Folosirea Jet Grouting pentru acest proiect demonstreaza doua dintre multiplele aplicatii ale acestei tehnologii flexibile, dat fiind faptul ca:

• s-au executat coloane de jet grouting in trei tipuri generale de pamant (umpluturi eterogene, pamant coeziv, pamant necoeziv);
• s-au executat 3 diametre ale coloanelor (1,8 m, 2,0 m si 2,2 m), nefiind nevoie de schimbari de echipamente;
• coloanele Jet Grouting au fost folosite atat pentru peretii incintei, cat si pentru radierul de etansare.

Totodata, prin acest proiect, se evidentiaza importanta experientei atat a Proiectantului, cat si a Constructorului, pentru un asemenea tip de lucrari si eventual pentru altele similare.

Structura si-a indeplinit cu succes rolul pentru care a fost proiectata si executata (deplasari / rotiri nesemnificative, fara infiltratii in interiorul incintei), nefiind inregistrate incidente in timpul executiei sau al exploatarii.

BIBLIOGRAFIE

1. NP 120-2006, Normativ privind cerintele de proiectare si executie a excavatiilor adanci in zone urbane;
2. SR EN 12716-2005, Executia lucrarilor geotehnice speciale. Injectarea cu presiune inalta a terenurilor (jet grouting);
3. SR EN 1997/1-2006, Eurocod 7, Proiectarea geotehnica, Partea 1: Reguli generale;
4. Iacint Manoliu, Fundatii si procedee de fundare (1983);
5. Ernst & Sohn, Recommendations on Excavations EAB, 2nd Edition (2008).

Autori:
Lucian Constantin Aliciuc,
Laurentiu Floroiu – SC KELLER GEOTEHNICA SRL 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 141 – octombrie 2017, pag. 24