Etapizarea activitatii de investigare in situ a unei alunecari de teren, tinand cont de procesul de mobilizare a rezistentei la forfecare

Lucrarea prezinta o etapizare a activitatilor de investigatii geotehnice asupra unei alunecari de teren produse in mai putin de 48 ore. Din studierea ortofotoplanurilor din perioada 2005 – 2013 a rezultat ca fenomenul a fost unul progresiv, ca urmare a diminuarii in timp a rezistentei (perioada 2005 – 2013), odata cu cresterea deplasarilor.

Pentru a evidentia posi­bilitatea de consolidare a amplasamentului s-a conceput un program de investigare si instrumentare. De ase­menea, a fost necesara intocmirea unui plan de monitorizare a zonei afectate, in special a celei locuite.

Scopul in­vestigatiilor este de a obtine informatii cu privire la caracteristicile geotehnice ale stratificatiei, in vederea stabilirii cauzelor care au condus la dezvoltarea fenomenului de instabilitate si evaluarea posibilitatii de con­solidare a zonei. 

Pentru a intelege cat mai bine miscarea masivelor de pamant si comportamentul pamantului, Leroueil si colab. (1996) [1] au propus o matrice 3D, cu trei axe de corespondenta: tipul miscarii, tipul de material constituent si etapele deplasarii (fig. 1).

Pentru fiecare element relevant al matricei caracterizate, informatiile pot fi grupate astfel:

• legile si parametrii care controleaza fenomenul – pot fi parametrii de rezistenta la diferitele etape de cedare;
• factorii predictivi (din punct de vedere mecanic, in esenta conditiile initiale) care ofera informatii despre situatia actualasi determina raspunsul pantei, in urma aparitiei unui factor declansator (de exemplu prezenta unui strat subtire de nisip intr-un masiv dintr-o zona seismica);
• factorii declansatori care pot duce la cedare, sau factorii agravanti care produc o modificare
  semnificativa a conditiilor de stabilitate sau a miscarii masivului. Acestia pot fi temporari (ploi abundente) sau progresivi (eroziune);
• factorii semnificativi care furnizeaza dovezi cu privire la miscarea masivului, dar care nu participa la procesul de miscare (prezenta fisurilor);
• consecinte posibile, directe sau indirecte ale miscarii.

In privinta materialelor, au fost considerate trei grupe: roci tari, roci moi si pamanturi. Miscarile masivului au fost impartite in 4 stari si au fost asociate cu legile de comportare a masivului de pa­mant [1].

Prima stare – corespunde stadiului de pre-cedare, ce include procesul de deformare care se poate dezvolta inainte de cedarea masivului. Pentru determinarea suprafetei probabile de alunecare se pot aplica metode de calcul bazate pe echilibrul limita, in ipoteza suprafetelor de cedare circular-cilindrice sau, preferabil, metoda elementelor finite, cu modelarea elasto-plastica a materialului.

Formarea primei suprafete de cedare. Declansarea cedarii, caracterizata prin formarea unei su­prafete de forfecare continua (suprafata de alunecare) prin intreaga masa de pamant; acesta fiind mecanismul fundamental de cedare al pamanturilor (diferit in cazul masivelor de roca). Ca metoda de calcul recomandata unui asemenea caz este cea a mobilizarii progresive a rezistentei la forfecare de-a lungul unei suprafete probabile de cedare.

Etapa post-cedare – include deplasarea masivelor de pamant implicate in alunecarea de teren pa­na in momentul unei stabilizari partiale. Incercarile din teren au cel mai important rol in de­terminarea suprafetei de alunecare.

Reactivarea – se produce atunci cand, din cauza unor actiuni externe sau interne, pe o suprafata de cedare deja formata, masivul de pamant incepe, din nou, sa se miste. Acesta este cazul cel mai des in­talnit in practica inginereasca si se refera la stabilizarea unei alunecari deja produse. Dimensionarea lucrarilor de sprijin se face cu metoda de la etapa post-cedare.

ETAPIZARE PENTRU EVALUAREA STABILITATII UNUI TALUZ SAU VERSANT

Principalele etape de evaluare a stabilitatii masivelor de pamant aflate in panta sunt: activitati preliminare de birou, vizita pe amplasament, evaluarea stabilitatii calitative, investigatii de teren, caracte­rizarea amplasamentului si evaluarea propriu-zisa a stabilitatii (fig. 2).

Activitati preliminare de birou

Evaluarea stabilitatii taluzurilor si versantilor incepe, in general, printr-o activitate de birou in care se detaliaza:

• caracteristicile geologice si geomorfologice ale amplasamentului;
• geometria versantului (inaltime, inclinare si profil) si eventuale activitati antropice;
• informatii cu privire la regimul apelor din zona respectiva;
• tipuri de alunecari de teren care au avut loc sau pot sa apara in zona respectiva, inclusiv vecinatatile;
• ipoteze cu privire la cauzele posibile ale miscarilor;
• studierea hartilor de profil care sa indice semne ale unor alunecari mai vechi, eroziuni la piciorului taluzului, prezenta vegetatiei;
• conditiile climatice locale si in special cele seismice.

Documentele care pot fi luate in considerare, sunt: harti geologice, de risc, de zonare; harti topografi­ce; informatii anterioare din arhive, fotografii aeriene; compararea acestora pentru a observa o even­tuala evolutie a alunecarii (eroziune la baza, fisuri, crapaturi, modificare vegetatie); harti seismice, climatice; investigatiile geotehnice anterioare (foraje, analize de laborator, monitorizare inclinometrica si piezometrica, evaluarea stabilitatii intr-o etapa anterioara si rezultatele obtinute).

Activitatea preliminara de birou ar trebui completata de un raport care sa contina cel putin urmatoarele informatii:

• rezultatele analizelor preliminare si ale informatiilor disponibile, in special factorii care pot fi posibili declansatori;
• informatii suplimentare si parametrii necesari pentru a stabili tipul de investigatii care trebuie facute pe teren pentru a completa informatiile disponibile (foraje, piezometre, inclinometre);
• elemente care trebuie examinate in detaliu in momentul vizitei pe teren (o lista cu astfel de elemente il ajuta pe cel care face aceste examinari).

Vizita propriu-zisa pe amplasament

Pe baza raportului preliminar de birou, o vizita la fata locului a inginerului care evalueaza stabilitatea este obligatorie si va cuprinde examinarea urmatoarelor aspecte:

• localizarea amplasamentului in mediul geomorfologic, climatic si seismic;
• istoricul recent, inclusiv modificarile hidrogeologice de suprafata;
• discutii cu proprietarii din zona, cu privire la evolutia principalelor fenomene ce pot fiobservate din suprafata;
• evidentierea proceselor geologice, cum ar fi: alunecari mai vechi, eroziuni pe amplasamentul
  propriu-zis sau in vecinatatea acestuia; caracteristicile fenomenelor de alunecare si eroziune, daca
  acestea exista (tipul, lungime, forme de desprindere, inaltime, fisuri deschise si alte dovezi ce
  reflecta fenomenul de alunecare);
• informatii cu privire la lucrarile ingineresti realizate pe amplasament sau in vecinatate (fisurisi crapaturi in pereti, fundatii, trotuare, drumuri etc.);
• tipul de vegetatie (daca exista copaci, se descrie varsta aproximativa, tipul de copac siverticalitatea acestuia);
• zonele de baltire a apei;
• stabilirea locatiilor pentru realizarea investigatiilor geotehnice si a eventualelor probleme ce pot sa apara in perioada investigatiilor (accesul in zona, acceptul beneficiarilor, acorduri de mediu, retele electrice sau conducte subterane).

Investigarea si instrumentarea amplasamentului

Aceasta etapa trebuie sa vizeze definirea caracteristicilor masivului de pamant (in special factorii po­tential declansatori), caracteristicile fizice si mecanice ale terenului, conditiile hidrologice si funda­mentul tehnic. Investigarea terenului ar trebui sa cuprinda:

• foraje, transee, gropi (cu prelevare de probe, de regula netulburate) si sondaje de tip incercari
  in situ ( DPL, DPH, CPT, SPT etc.);
• incercari geofizice si seismice (unde de tip P si S), investigatii de rezistivitate;
• caracterizarea hidrogeologica;
• instalarea unor statii meteo provizorii, pentru a inregistra cantitatile de apa cazute pe amplasament;
• instalarea instrumentelor de monitorizare inclinometrica in foraje;
• incercari de laborator pentru determinarea caracteristicilor fizice, mecanice si hidraulice.

Evaluarea stabilitatii amplasamentului

In prima faza trebuie sa stabilim la ce situatie ne referim: alunecari active primare, reactivate, partial stabilizate sau amplasamente relativ stabile, dar la care, din cauza unor interventii umane sau a unor fac­tori naturali, exista riscul de reactivare.

In modelarea analizei de stabilitate, indiferent de metoda, trebuie simulate conditiile din teren si ipotezele cele mai dezavantajoase, astfel incat factorul de stabilitate sa fie cat mai apropiat de reali­tate.

STUDIU DE CAZ

Abordarea urmareste punerea in evidenta a activitatilor de investigare ce trebuie parcurse pentru a determina caracteristicile fizico-mecanice ale unui amplasament afectat de o alunecare de teren, cu viteza mare de alunecare – produsa in mai putin de 48 ore. In prima etapa s-au identificat amplasa­mentul (com. Racaciuni, jud. Bacau, Romania), conditiile geologice, seismice si climatice ale zonei (fig. 3).

Din studierea orto-fotoplanurilor din perioada 2005 – 2013 [11], [12], a reiesit ca amplasamentul prezenta fenomene de instabilitate, cu zone de desprindere incepand de la partea superioara. S-a apreciat ca fenomenul a fost unul progresiv, rezultat al unei diminuari a rezistentei in timp (perioada 2005 – 2013), ca urmare a mobilizarii parametrilor odata cu cresterea deplasarilor.

Conditiile climatice din perioada lunii martie 2015 au condus la reactivarea brusca a alunecarii. Rezultatul este datorat procesului de reducere a rezistentei la forfecare pana la valori reziduale si formarea intregii suprafete de alunecare.

In cadrul vizitei pe amplasament s-a inspectat, in prima faza, zona de creasta a versantului, unde s-a putut observa ca alunecarea este una de dimensiuni foarte mari, cu dislocarea unui volum impresi­onant de pamant (fig. 4).

Pe partea vestica a alunecarii de teren erau formate zone de baltire a apei, fenomen inexistent inainte de producerea alunecarii.

Din discutiile cu localnicii, se pare ca acviferul subteran in zona a fost la adancime mica, aprox. 1,0 – 3,0 m, fapt relevat de nivelul fantanilor din zona. Important de mentionat este faptul ca, imediat dupa producerea alunecarii, apa in fantani a scazut pana la adancimi de cel putin 6,0 m – 7,0 m.

Foarte interesant este modul cum s-a propagat tot volumul de pamant dislocuit pana la baza versantului, in zona paraului Caprean, distanta dintre zona de desprindere si ebulmentul din baza fiind de aproximativ 620,0 m. La baza versantului s-au format ebulmente, care local depasesc inaltimea de 5-6 m (fig. 6).

Zona cuprinsa intre creasta versantului si baza acestuia este strabatuta de un drum comunal, in vecinatatea caruia se afla cladiri de locuit.

De remarcat faptul ca, in afara de zona locuita si drumul comunal, unde s-au produs ebulmente rela­tiv mici in comparatie cu amploarea fenomenului, in rest zona a devenit valurita, confirmand evolu­tia alunecarii de la creasta la baza. Portiunea de drum afectata de alunecari are o lungime de aproxi­mativ 650 – 700 m (fig. 7).

Pentru determinarea posibilitatilor de consolidare a amplasamentului in zona drumului si cea lo­cuita, este nevoie de un program de investigare si instrumentare. De asemenea, este nece­sar un plan de monitorizare a zonei afectate, in special a celei locuite. Scopul investiga­tiilor este de a oferi informatii cu privire la caracteristicile geotehnice ale stratificatiei, in vederea stabilirii cauzelor care au condus la dezvoltarea fenomenului de instabilitate si evaluarea posibilitatii de consolidare a zonei.

Din modul in care s-a propagat alunecarea, pe unele portiuni fiind zone aproximativ orizontale, rezulta ca fenomenul este unul de forfecare directa la scara naturala. Prin etapa de mo­nitorizare pentru confirmarea suprafetelor de cedare si a activitatii versantului si apoi printr-o analiza inversa de stabilitate, se pot determina parametrii rezistentei la forfecare, pe baza carora sa se stabileasca eforturile tangentiale care au produs cedarea versantului.

Avand in vedere ca alunecarea este produsa, rezulta un volum de pamant alunecator a carui im­pingere creste odata cu lungimea suprafetei de alunecare din spatele structurii. In aceasta etapa, actiunile nu vor fi conditionate doar de adancimea planului de alunecare, ci si de lungimea suprafetei. Daca impingerile generate de volumul de pamant alunecator depasesc capacitatea ranfortilor de a le sustine, se poate lua in considerare o imbunatatire a terenului, astfel incat parametrii rezistentei la forfecare sa creasca.

In ideea celor prezentate mai sus, in figura 8 se poate vedea planul de investigare in teren, care cuprinde:

• ridicare topografica – se va detalia zona de creasta si baza versantului (zona de ebulment). Planurile de situatie intocmite in aceasta etapa se vor suprapune si compara cu hartile topografice intocmite anterior;
• foraje geotehnice – se vor executa cu utilaje mecanizate, cu prelevare de probe tulburate si netulburate;
• prospectiuni geofizice – neinvazive (electrometrice sau seismice), orientate longitudinal si
  transversal soselei, care sa ofere o imagine de ansamblu a versantului asupra limitei dintre formatiunea acoperitoare si roca de baza;
• masuratori piezo – inclinometrice in foraje, in vederea stabilirii regimului hidrodinamic in corelatie cu conditiile climato-meteorologice si stabilirea adancimii planului de alunecareformat;
• incercari de penetrare tip DPH si CPTu.

Pe baza rezultatelor investigatiilor de teren si laborator se poate trece la activitatea de birou, in ca­re sa se efectueze analize de stabilitate si interpretarea datelor din incercarile in situ.

Alunecarea de teren descrisa prezinta o situatie in analiza careia este absolut necesar sa se ia in considerare toate etapele de investigare si monitorizare, iar pe baza calculelor, aplicand principiile prezentate pe parcursul lucrarii, pot fi implementate solutii optime de stabilizare.

CONCLUZII

Stabilitatea masivelor de pamant a format si formeaza inca unul dintre principalele domenii de cerceta­re sub aspect tehnic, in care se urmareste adaptarea continua la problemele de diagnosticare a cauze­lor si de punere in siguranta a amplasamentelor ce sunt afectate de alunecari de teren.

Actiunile care, de obicei, produc fenomenul de instabilitate sunt complexe si sunt rezultatul unui cumul de factori si mai putin al unuia singur.

Modul de desfasurare a alunecarii de teren prezentate in lucrare are drept componenta implicita timpul. Desi cedarea versantului s-a realizat brusc, acesta este rezultatul unui proces evolutiv, cu vi­teze de manifestare diferite in timp.

Fenomenul descris prezinta interes prin prisma faptului ca procesul de rupere a fost unul progre­siv, rezultat al unei diminuari a rezistentei la forfecare in timp, ca urmare a mobilizarii rezistentei la forfecare sub actiunea unor factori externi si interni.

O etapizare individualizata pentru fiecare amplasament in parte conduce, in final, la determinarea corecta a cauzelor care au condus la declansarea fenomenului de instabilitate si la stabilirea unor lucrari de interventie de tip consolidare.

BIBLIOGRAFIE

1. Leroueil. S., Vaunat, J., Picarelli, L., Locat, J. & Faure, R. (1996) Geotechnical characterization of slope movements, Proceed. 7th Int. Symp. on Landslides, Trondheim, 1: 53-74, Senneset (ed.), Balkema, Rotterdam, (1996);
2. Stanciucu, M. Investigatii geotehnice in situ, Bucuresti, (2010);
3. Taylor, D.W. Stability of Earth Slopes, J. Boston Society of Civil Engineering, Vol. 24, pag. 197, (1967);
4. Veder, Ch. Landslides and their stabilization. Ed. Springer. N.Y. U.S.A, (1981);
5. *** Ghid privind identificarea si monitorizarea alunecarilor de teren si stabilirea solutiilor cadru de interventie asupra terenurilor pentru prevenirea si reducerea efectelor acestora, in vederea satisfacerii cerintelor de siguranta in exploatare a constructiilor, refacere si protectie a mediului, Indicativ GT 006/1997;
6. *** Ghid de redactare a hartilor de risc la alunecare a versantilor pentru asigurarea stabilitatii constructiilor, Indicativ GT019-98;
7. *** Ghid privind macrozonarea teritoriului Romaniei din punct de vedere al riscului la alunecari de teren, Indicativ GT 025/2000;
8. *** Ghid privind identificarea si monitorizarea alunecarilor de teren si stabilirea solutiilor cadru de interventie, Indicativ GT 006 – 1997, 1. S.P.I.F. – Bucuresti;
9. *** Normativ privind evaluarea riscului producerii alunecarilor de teren in zona drumului. Redactarea 1. Contract nr. 3112/23.08.2005, Bucuresti;
10. *** Plan de amenajare a teritoriului national sectiunea a V-a – Zone de risc natural, alunecari de teren;
11. *** http://geoportal.ancpi.ro/geoportal/imobile/Harta.html;

12. *** www.google.ro/maps.ro

Autori:
ing. Razvan Mircea Chirila,
ing. Cristina Andreea Bitir,
s.l. dr. ing. Oana Elena Colt,
ing. Daniela Elena Chirila,
prof. univ. dr. ing. Nicolae Botu – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi” din Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 144 – ianuarie-februarie 2018, pag. 58