Lucrari de umplutura pentru refacerea profilului unei faleze si controlul compactarii acestora

Pe faleza inalta a orasului Constanta, pe o suprafata de aproximativ 10.000 metri patrati (200 m lungime si 50 m latime), intre strazile Traian si Marinarilor, in anii 2007 – 2008 a fost executata o excavatie in vederea construirii unui Complex Comercial. Faleza, aflata la o cota de cca. +38,00 m, avea, inainte de inceperea lucrarilor, taluzul amenajat cu panta spre mare de 1:2.

In scopul realizarii incintei au fost executate doua ecrane de piloti de sustinere cu ancore temporare. Excavatia s-a facut in trepte, atingandu-se adancimea maxima de 28,00 m in zona centrala, pe aproximativ 53,00 m lungime [1].

Conceptul adoptat la realizarea Complexului Comercial a fost acela de „cladire – zid de sprijin”, astfel incat noua structura, alcatuita in consecinta, sa preia toate solicitarile provenite din impingerea terenului si sa contribuie, in acest fel, la asigurarea stabilitatii malului [2]. Astfel, in zona centrala, pe aproximativ 53,00 m lungime si 43,00 m latime, a fost executata o constructie din beton armat continuata pe verticala, spre strada Traian, cu o structura de forma trapezoidala, alcatuita din profile metalice (fig. 1).

In timpul lucrarilor, construirea centrului comercial a fost sistata, iar excavatia a fost lasata deschisa intre anii 2009 – 2014, punand in pericol cladirile rezidentiale adiacente. Prin urmare, a fost necesar ca zona excavata sa fie pusa in siguranta. Lucrarile proiectate si realizate in anii 2014-2015 au inclus umplerea controlata a excavatiei, astfel incat sa fie refacut profilul initial al falezei, tinand, insa, seama de constructia realizata (fig. 2). De asemenea, a fost asigurat si drenajul necesar.

Lucrarile de punere in siguranta a excavatiei au prevazut urmatoarele: efectuarea umpluturii si a sistemului de drenaj, protectia umpluturii cu un strat de pamant vegetal de minimum 15,0 cm grosime si insamantarea sa, amenajarea, prin torcretare, a ecranului de piloti existent (unde era necesar), precum si lucrari adiacente constructiei existente. Acestea din urma au constat in construirea a cate unui perete si a unui zid de greutate din beton armat pe lateralele constructiei, cu scopul de a impiedica patrunderea materialelor de umplutura in aceasta, preluand, totodata, si impingerea transmisa de umplutura.

Sistemul de drenaj nou construit tine seama de cel existent si il completeaza, pentru a asigura functionalitatea intregii lucrari. Acest sistem a constat in executia de: drenuri verticale si longitudinale, drenuri transversale, drenuri prin foraj orizontal, precum si camine de vizitare.

Lucrarile de umplutura

Conceptia generala care a fost avuta in vedere a fost aceea ca umplutura trebuie sa aiba rol structural, astfel incat sa asigurare stabilitatea, sa aiba o permeabilitate redusa si sa nu fie afectata de variatiile climatice, asigurand astfel durabilitatea in timp.

Umplutura a fost executata in mod controlat, pe straturi orizontale suprapuse pe intreaga latime a platformei si, in principiu, pe lungimi de 50 m – 100 m, impunandu-se ca valoarea minima a gradului de compactare (Proctor) sa fie de minimum 95%. Materialul folosit a fost pamant loessoid la partea inferioara si deseuri de cariera la partea superioara. Grosimea straturilor asternute a fost de maximum 30 cm, respectiv 35 cm, acestea avand, dupa compactare, grosimea de 25 cm in cazul pamantului loessoid si de 30 cm grosime in cazul deseului de cariera.

Compactarea a fost executata cu cilindrul compactor pe pneuri cu greutatea de 16 t, prin trecerea pe doua directii perpendiculare (fig. 3).

Au fost efectuate 7-10 treceri pe fiecare directie, iar fiecare trecere s-a suprapus cu minimum 15 cm peste cea precedenta. De asemenea, compactarea pamantului loessoid s-a efectuat si cu compactorul cu bandaj batator cu vibratii, dotat cu dispozitiv de masurare a gradului de compactare, prezentat in figura 4.

In scopul asigurarii cerintelor impuse, respectand in acelasi timp conceptia generala, in profilul tip a fost prevazuta urmatoarea delimitare a materialului de umplutura:

• pamant loessoid la partea inferioara a incintei, pana la nivelul de aproximativ +22,70 m (nivelul strazii Marinarilor);
• deseu de cariera peste stratul de pamant loessoid;
• strat vegetal pe intreaga suprafata a umpluturii.

In sectiune transversala (fig. 5), profilul umpluturii, incepand de la partea superioara, a fost realizat astfel:

• berma cu latimea de 1,00 m si panta transversala de 1,50%, la nivelul grinzii de solidarizare a ecranului adiacent strazii Traian (cota de +38,00 m);
• taluz cu panta de 1:2 si inaltimea de 14,0 m;
• berma cu latimea de 1,50 m, executata la mijlocul taluzului;
• taluz cu panta de 1:2 care se extinde pana la nivelul platformei (cota de +24,00 m);
• platforma cu panta de aproximativ 1,50% care se racordeaza la drenul longitudinal adiacent strazii Marinarilor.

Caracteristicile prevazute pentru materialele de umplutura

In urma construirii unor poligoane experimentale au fost stabilite valorile caracteristice pe care materialul de umplutura trebuia sa le indeplineasca dupa compactare. Valorile admisibile pentru caracteristicile materialelor de umplutura au inclus o granulozitate cuprinsa intre 0,002 mm – 30 mm pentru deseul de cariera si intre 0,002 mm – 0,05 mm pentru pamantul loessoid, precum si un raport al modulilor EV2/Ev1 mai mic decat 2 pentru ambele materiale.

Poligoanele experimentale, fiecare cu suprafata in plan de 30,00 m x 10,00 m, au fost alcatuite din doua straturi cu grosimea de 25,00 cm si respectiv, 30 cm dupa compactare. Pe durata imprastierii si compactarii acestora, au fost inregistrate compozitia materialului de compactare, caracteristicile utilajelor, numarul de treceri si directia lor, grosimea stratului depus si a stratului dupa compactare. De asemenea, la nivelul celor doua straturi si la nivelul terenului existent au fost efectuate cate doua incercari cu placa si cate doua incercari cu stanta. Incercarile cu placa au fost facute pentru determinarea modulilor Ev1 si Ev2, iar cele cu stanta pentru determinarea umiditatii si greutatii volumice.

Controlul compactarii

Caracteristicile materialului de umplutura au fost verificate periodic prin incercari pe teren si in laborator pe intreaga durata a punerii in opera. Astfel, prin incercarile de laborator au fost determinate gradul de compactare, greutatea volumica, umiditatea, unghiul de frecare interna, coeziunea, indicele de plasticitate, umflarea libera, iar pe teren au fost efectuate incercari cu placa pentru determinarea modulilor de deformatie Ev1, Ev2, corespunzatori fiecarui strat. De asemenea, grosimea stratului de umplutura a fost masurata dupa compactare.

Punctele in care au fost executate incercarile pe teren au fost alese astfel incat pe o suprafata mai mica sau egala cu 1.000 m2 (echivalentul a 300 m3 de material de umplutura pus in opera) sa fie facute doua incercari cu stanta si doua incercari cu placa.

Lucrarile de umplutura au fost executate in cele doua zone adiacente structurii, denumite Zona 1 si Zona 2 (fig. 6).

Umplutura din Zona 1 a fost executata prin asternerea a 80 de straturi, dintre care 46 de straturi au fost din pamant loessoid (intre cotele +12,48 si +22,80), iar restul de 34 de straturi au fost de deseu de cariera (intre cotele +22,80 si +33,20). Pe pamantul loessoid au fost efectuate 78 de teste de incercare cu placa si 97 de incercari pentru determinarea gradului de compactare. Pe deseul de cariera au fost realizate 37 de teste de incercare cu placa si 62 de incercari pentru determinarea gradului de compactare. In medie, pe fiecare strat au fost efectuate 1-2 teste de incercare cu placa si 2-3 incercari pentru determinarea gradului de compactare.

In Zona 2 umplutura a fost realizata dintr-un numar total de 82 de straturi, din care 48 de straturi au fost din pamant loessoid (intre cotele +11,65 si +22,75), iar restul de 34 de straturi din deseu de cariera (intre cotele +22,75 si +33,40). Au fost efectuate 48 de teste de incercare cu placa si 86 de incercari pentru determinarea gradului de compactare pe pamantul loessoid si 35 de teste de incercare cu placa si 67 de incercari pentru determinarea gradului de compactare pe deseul de cariera. In medie, pe fiecare strat, au fost efectuate cate un test de incercare cu placa si 1-2 incercari pentru determinarea gradului de compactare.

Variatia cu adancimea a modulilor Ev1, Ev2, pentru pamantul loessoid, este aratata in graficul din figura 7.

Aproximativ 96% dintre valorile obtinute pentru modulul Ev1 au fost mai mari decat valoarea admisibila (18 MPa). in ceea ce priveste valorile obtinute pentru modulul Ev2, aproximativ 98% din acestea au fost mai mari decat valoarea admisibila (36 MPa).

In figura 8 este prezentata variatia cu adancimea a raportului Ev2/Ev1. Toate valorile inregistrate pentru pamantul loessoid au fost mai mici decat valoarea admisibila.

In graficul din figura 9 este reprezentata variatia gradului de compactare cu adancimea, pentru pamantul loessoid. Toate valorile obtinute pentru gradul de compactare au corespuns cerintelor proiectului, acestea fiind mai mari decat 95%, majoritatea situandu-se in jurul valorii de 97,5 %.

Incercarile pe deseul de cariera au fost efectuate intr-o maniera similara, rezultatelor acestora respectand limitele admisibile stabilite.

CONCLUZII

Pentru asigurarea stabilitatii unei excavatii adanci, delimitata pe laturile lungi de doua ecrane de piloti, a fost prevazuta refacerea profilului initial al falezei prin efectuarea unei umpluturi controlate. De asemenea, a fost asigurat si sistemul de drenaj necesar.

Alegerea caracteristicilor materialelor de umplutura, delimitarea lor, precum si profilul umpluturii au condus la obtinerea cerintelor necesare pentru aceasta, si anume:

• asigurarea stabilitatii generale, precum si a rezistentei pentru preluarea solicitarilor date de impingerea pamantului;
• grad de permeabilitate redus;
• anularea efectului variatiilor climatice;
• protectia suprafetei umpluturii impotriva efectului produs de scurgerea apelor pluviale;
• drenarea de suprafata pentru colectarea, dirijarea, transportul si evacuarea apelor.

Comportarea corespunzatoare a excavatiei a rezultat din verificarea caracteristicilor impuse pentru materialul de umplutura. Acestea au fost stabilite prin incercari pe teren si in laborator, fiind verificate periodic in timpul executiei. Astfel, a fost efectuat un numar total de 510 incercari, dintre care 309 au fost efectuate pe pamantul loessoid, iar restul de 201 pe deseul de cariera.

Lucrarile complexe prevazute in acest proiect au fost executate in conditiile tehnice impuse si controlate conform prevederilor in scopul asigurarii stabilitatii excavatiei. Astfel, amplasamentul se afla in conditii geotehnice si hidrogeologice bune, ceea ce are ca efect imediat si de lunga durata punerea in siguranta a excavatiei.

Prezenta lucrare arata modul in care poate fi amenajata o faleza, intr-o maniera economica, prin alegerea unor materiale de umplutura corespunzatoare, care au fost considerate elemente ale constructiei, trebuind sa indeplineasca cerinte specifice.

BIBLIOGRAFIE

1. Manea S., Ciortan R., Stabilizarea falezei inalte din Constanta in zona unui complex comercial, Volumul al Xl-lea, al Conferintei Nationale de Geotehnica si Fundatii, Timisoara, septembrie 2008;
2. Ciortan R., Manea S., Building in the urban area of Constanta city (Romania), acting as a high cliff stabilization structure, Proceedings of the International Geotechnical Conference „Geotechnical Challenges in Megacities”, Moscow, June 2010;
3. *** Documentatie GT Ground Engineering & Construction Services;
4. *** Determinarea modulilor de deformatie liniara prin incercari pe teren cu placa, STAS 8942/3-90;
5. *** Determinarea caracteristicilor de compactare – incercarea Proctor, STAS 1913/13-83;
6. *** Ghid pentru executia compactarii in plan orizontal si inclinat a terasamentelor, GE-026-97.

Autori:
prof. dr. ing. Romeo Ciortan – Membru Corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice din Romania
prof. dr. ing. Sanda Manea – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
Monica Tsitsas – GT GroundEngineering & Construction Services 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 153 – noiembrie 2018, pag. 10