Incinta pentru excavatie adanca pe panta. Studiu de caz, modelare numerica si analiza efectelor asupra vecinatatilor

Articolul prezinta un studiu de caz al unei incinte temporare pentru o excavatie adanca in zona urbana densa, cu vecinatati construite pe toate laturile, amplasata pe un versant in panta potential instabil. Incinta temporara din pereti ingropati a fost pro­iectata pentru a permite executia infrastructurii unui imobil cu destinatie locuinta, cu regim de inaltime S + P + 2E. Excavatia are o adancime maxima de cca 9,00 m si este amplasata pe un versant care are potential de instabilitate in conditii seismice. Lucrarea a fost proiectata astfel incat sa poata prelua forta maxima de impingere provenita de la panta din amplasament, in conditii seismice.

Terenul amenajat al amplasamentului are cote care variaza intre -2,75 m in zona din aval si +4,68 in zona din amonte, inaltimea maxima de sapatura este de 8,95 m, cu o inaltime maxima de calcul de 9,25 m. Terenul din amplasament este in panta, ca intreaga zona adiacenta, avand o inclinare de cca 22°. Diferenta maxima de nivel de pe suprafata amplasamentului este de 11,24 m.

Articolul prezinta conditiile geotehnice din amplasament, analiza de stabilitate a pantei initiale, lucrarile proiectate pentru incinta temporara si modelarea numerica a efectului excavatiei asupra veci­natatilor.

CONDITII GEOTEHNICE ALE AMPLASAMENTULUI 

Litologie, valori caracteristice

Pe amplasament au fost efectuate doua studii geotehnice, in februarie si iulie 2015.

Primul studiu geotehnic (februarie 2015) a aratat ca pe amplasament se observa o alunecare lenta a materialului din suprafata si fisuri in constructia existenta, iar al doilea studiu a notat ca in zona piv­nitei casei existente (care urmeaza a fi demolata) sunt vizibile fisuri in zidul de sprijin.

Lucrarile de investigare a terenului au constat in:

• iulie 2015: 2 foraje de 3,5 m – 4,0 m adancime, 2 sondaje de 2,20 m – 2,60 m adancime, 2 penetrari dinamice;
• septembrie 2015: 3 foraje geotehnice de 7 m – 15 m adancime, penetrari dinamice, incercari de laborator geotehnic.

Din coroborarea datelor rezultate dupa diferitele investigatii efectuate se poate concluziona ca tere­nul din amplasament este alcatuit din 0,40 m – 0,50 m sol vegetal, urmat pana la 1,8 – 2,30 m de un pachet de materiale prafoase nisipoase, argiloase plastic vartoase, cu elemente de pietris, apoi, pana la maximum 11 m materiale mai grosiere, pietris, fragmente de roca in liant prafos, mediu indesate, sub care se gaseste un strat de pietris cu bolovanis, pe alocuri cimentat, indesat. Stratificatia este apro­ximativ conforma cu panta.

In figura 1 este prezentat un profil litologic preluat din Studiul geoteh­nic intocmit in iulie 2015 [1]. In calculele ulterioare s-a considerat o continuitate a Orizontului II, in conformitate cu linia rosie de pe figura 1.

Stabilitatea amplasamentului

Analizele de stabilitate ale versantului in situatia initiala, folosind valorile caracteristice ale parame­trilor geotehnici precizate in studiul geotehnic (iulie 2015) au aratat urmatoarele valori minime ale factorului de stabilitate:

• static, valori caracteristice – F_{s min} = 1,92;
• dinamic, valori caracteristice – F_{s min} = 1,04;
• static, valori de calcul, analiza conform SR EN 1997 – F_{s min} = 1,51;
• dinamic, valori de calcul, analiza conform SR EN 1997 – F_{s min} = 0,82.

Se observa ca stabilitatea pantei pe care urmeaza a fi amplasata constructia este asigurata in regim static, dar exista un deficit de stabilitate in cazul aparitiei unui seism de calcul, pentru valori de cal­cul ale parametrilor geotehnici in conformitate cu SR EN 1997-1:2004/ NB:2007 si SR EN 1998-5:2004/ NA:2007.

Pentru analiza au fost considerate suprafete de cedare circulare si oarecare. In figura 2 sunt prezentate rezultatele obtinute pentru suprafete de cedare oarecare si valori de calcul.

Pentru a elimina aceasta sursa de risc, calculul peretelui ingropat de incinta a fost efectuat astfel incat sa se asigure preluarea fortei maxime de impingere rezultate din analiza de stabilitate in regim seismic, iar dimensiunile peretelui de sustinere si armarea, respectiv sistemul de rezemare al acestuia, au fost determinate in consecinta.

LUCRARI PROIECTATE

Imobilul proiectat are regim de inaltime S + P + 2E, cu o cota a sapaturii de –3,45 m. Sectiunea longitudinala prin imobil este prezentata in figura 3, iar vederea in plan in figura 4.

Terenul amenajat are cote care variaza intre -2,75 m in zona din aval si +4,68 in zona din amonte, inaltimea maxima de sapatura este de 8,95 m, cu o inaltime maxima de calcul de 9,25 m.

Incinta are un caracter temporar, pentru perioada de executie a infrastructurii imobilului. Clasa de importanta – expunere conform P100-1/2013 a excavatiei este IV, fiind o structura temporara. Proiectul prevede ca, in cazul in care nu exista certitudinea ca structura nu poate fi executata pana cel pu­tin la cota 0,00, excavatia sa nu fie realizata, fiind interzisa pastrarea excavatiei deschise pentru mai mult de un an de zile.

Peretele ingropat este alcatuit din piloti forati tangenti de ø400 mm, cu lungime de 14 m (cota inferioara a peretelui –9,45 m, fata de cota ±0.00).

Adancimea si rezemarile peretilor au fost stabilite pe baza urmatoarelor conditii:

• optimizarea eforturilor din incovoiere date de presiunea pamantului in etapele succesive de executie a infrastructurii;
• reducerea deplasarilor orizontale ale peretelui (in faza de excavare);
• asigurarea patrunderii peretilor pe lungimea necesara, intr-un strat de pamant cu proprietati mecanice ce asigura stabilitatea;
• preluarea fortelor de impingere maxime provenite de pe panta amplasamentului (forta maxima utilizata in proiect este cea rezultata din analizele de stabilitate in ipoteza cu seism si valori de calcul a parametrilor geotehnici). Astfel, in cazul aparitiei unui eveniment seismic in timp ce in­cinta este deschisa, peretele de sustinere proiectat are si functia de preluare a impingerilor prove­nite din terenul cu potential instabil in aceasta situatie.

Pilotii sunt executati din beton armat clasa C25/30, armati cu carcase spatiale din bare longitudinale si transversale din S500 (clasa C). Tehnologia de executie a pilotilor este prin forare cu tubaj.

Dimensionarea peretelui de sustinere a fost realizata cu respectarea normativului NP 124:2010 „Normativ privind proiectarea geotehnica a lucrarilor de sustinere” [2] si standardului SR EN 1536:2011 „Executia lucrarilor geotehnice speciale. Piloti forati” [3].

Pentru calculele eforturilor in peretele de sustinere s-au avut in vedere toate laturile incintei, lu­and in considerare incarcarile suplimentare datorate vecinatatilor, in functie de distantele aferente si de tipul constructiei.

Pentru toate etapele de calcul au fost luate in considerare atat solicitarile statice provenind din impingerile pamantului, cat si cresterea acestora datorata unor actiuni seismice (calcul dinamic). Calculele peretelui au fost efectuate conform NP 124-2010 [2], considerandu-se abordarile de calcul 1 si 3 din SR EN 1997-1:2004/NB:2007 [4]. Calculele la starea limita ultima au cuprins doua situatii accidentale: excavatie neplanificata suplimentara (+0,5 m), respectiv incarcarea seismica.

Pilotii sunt solidarizati la partea superioara cu o grinda de coronament 450 mm x 1.000 mm, executata din beton armat C25/30 si armatura S500 (clasa C). Grinda de coronament inglobeaza armatura ver­ticala a pilotilor, prin spargerea betonului acestora pana la nivelul intradosului grinzii.

Sprijinirea peretilor incintei se va face pe doua niveluri de rezemare:

• primul nivel este reprezentat de spraituri TV416 x 12 mm montate sub nivelul planseului peste
  parter, la cota +2.20 m;
• al doilea nivel de rezemare este reprezentat de placa de peste subsol, care va fi realizata inaintea
  executiei subsolului, cu tehnologie de tip „top-down”. Cota superioara a placii de peste subsol este
  -0.30 m. Placa este sprijinita, in timpul executiei sapaturii, cu 3 piloti forati ø400 mm cu lungime
  de 14 m.

In figura 5 este prezentata evolutia lucrarilor de excavare si a montarii sprijinirilor peretilor de sustinere din piloti forati (spraituri si placa de la cota ±0,00m), respectiv de construire a structurii.

Fazele tehnologice de executie sunt urmatoarele:

1. demolare structura existenta pe amplasament;
2. amenajare taluz teren cu umplutura bine compactata (pana la 1,8 tone/mc);
3. executie piloti forati tangenti ø400 si grinda de coronament;
4. executie sapatura in taluz pana la cota intradosului placii peste subsol (+1,90 m);
5. executie protectie taluz prin torcretare si amenajare canale de scurgere a apelor pluviale;
6. montaj spraituri orizontale la cota +2,20 m;
7. executie planseu peste subsol pe zona indicata in planuri;
8. executie sapatura generala pana la cota -0,30; turnare completa planseu peste subsol (placa + grinzi);
9. executie sapatura pana la cota -3,45 pe sub placa de la cota -0,05 (sistem top-down); turnare be­ton egalizare si executie radier beton armat; cofraj si armare pereti subsol, turnare beton pereti subsol;
10. executie elemente peste parter; dezafectare piloti temporari de sprijinire placa (indicati in planuri);
11. dezafectare spraituri.

In figura 6 este prezentata vederea in plan si o sectiune prin lucrare corespunzatoare etapei tehnologice 6.

Diagramele de presiuni, momente incovoietoare si forte taietoare corespunzatoare sectiunii 1-1 (figura 6) pentru faza de excavare finala sunt prezentate in figura 7.

In aceste calcule au fost luate in considerare si presiunile active ale pamantului amonte cauzate de o eventuala pierdere de stabilitate a taluzului. 

EFECTUL ASUPRA CONSTRUCTIILOR INVECINATE

Amplasamentul se invecineaza pe doua laturi cu constructii existente aflate la mica distanta, pe cele­lalte doua fiind o strada, respectiv o cladire la cca 50 m distanta. Aceste cladiri existente aduc supra­sarcini suplimentare, de care s-a tinut cont atat in proiectarea peretelui de incinta prin aplicarea unor suprasarcini echivalente pe laturile de NV si SE, cat si in analizele de stabilitate efectuate.

Prin proiect s-a impus ca deplasarile orizontale ale peretilor incintei pe aceste laturi sa fie limitate sub 10 mm, pentru a nu se produce decomprimarea stratului de fundare, tasarea constructiilor, aparitia unor fisuri etc. Deformatia maxima calculata in proiect a peretilor incintei catre imobilele invecinate este de 8,8 mm, putand cauza tasari de pana la 4,4 mm, tasari mai mici decat cele admise de normativele in vigoare [5].

Pentru a pune in evidenta efectul asupra cladirilor din jur s-a realizat o modelare numerica a incintei proiectate si a cladirilor invecinate care a dus la urmatoarele rezultate (Tabelul 1 si 2):

• In lungul pantei din amplasament (sectiunea 1-1), zona pe care se resimt deformatii induse de excavatie se extinde pana la maximum 20 – 30 m in amonte de aceasta, valorile acestora fiind foartemici (1-2 mm), pe aceasta zona neexistand constructii. Ceea ce inseamna ca imobilul vecin, aflat la cca 50 m distanta in amonte, nu este influentat.

Deplasarea maxima a peretelui in faza finala de excavatie, in static, la SLS este de cca 5-6 mm.

In regim dinamic (seism) deplasarile maxime orizontale ale peretelui cresc la cca 11 – 12 mm.

• In sectiunea perpendiculara pe panta (sectiunea 2-2) deplasarile orizontale ale peretelui ating,
  pentru faza finala de excavatie, in regim static, cca 6-7 mm. Tasarea maxima absoluta a cladirii invecinate a rezultat, in acest caz, de 6 mm – 7 mm, iar tasarea diferentiata maxima este de 2 mm. In vari­anta cu seism deplasarile orizontale ating 8 mm – 9 mm, iar tasarile 12 mm. Fata de rezultatele expertize­lor de calcan efectuate pentru imobilele vecine rezulta ca acest nivel al tasarilor nu pune in pericol
  stabilitatea si rezistenta acestor constructii.

Pe baza acestor rezultate se concluzioneaza ca zona adiacenta excavatiei adanci, in limitele careia deplasarile verticale si orizontale induse de excavatie pot afecta rezistenta si stabilitatea constructii­lor vecine, in conformitate cu NP120-2014 [5], este restransa la zona imediat adiacenta lucrarii si nu depaseste limitele de proprietate. 

CONCLUZII

Studiul de caz prezentat in articol se refera la o excavatie adanca de cca 9 m, care trebuie executata pe o panta pentru realizarea subsolului unei locuinte. Analizele de stabilitate au aratat ca zona este po­tential instabila in regim seismic. Peretele de incinta a fost proiectat in varianta din piloti forati tan­genti, sprijinit cu un nivel de spraituri si cu ajutorul placii de peste subsol, fiind calculat pentru a pre­lua inclusiv impingerea pamantului potential alunecator in regim seismic.

Pentru a evalua efectul pe care lucrarea o are asupra celor doua cladiri invecinate s-a efectuat o modelare numerica in element finit. Aceasta a dus la concluzia ca zona adiacenta excavatiei adanci, in limitele careia deplasarile verticale si orizontale induse de excavatie pot afecta rezistenta si stabilita­tea constructiilor vecine, in conformitate cu NP120-2014 [5], este restransa la zona imediat adiacen­ta lucrarii si nu depaseste limitele de proprietate. 

BIBLIOGRAFIE

1. S.C. DI&A Design Consulting SRL, Proiectul tehnic al incintei din pereti ingropati (2015);
2. NP 124:2010, Normativ privind proiectarea geotehnica a lucrarilor de sustinere;
3. SR EN 1536:2011, Executia lucrarilor geotehnice speciale. Piloti forati;
4. SR EN 1997-1:2004/ NB:2007, Eurocod 7: Proiectarea geotehnica. Partea 1: Reguli generale. Anexa nationala;
5. NP 120:2014, Normativ privind cerintele de proiectare si executie a excavatiilor adanci in zone urbane. 

Autori:
Loretta Batali*, Horatiu Popa*, Dan Iancu**, Mihai Florea**, Liviu Bugea*, Gheorghe PanTel*

* – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Hidrotehnica, Departamentul de Geotehnica si Fundatii
** – SC DI&A DESIGN CONSULTING SRL 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 153 – noiembrie 2018, pag. 24